Download - Ethylene Oxide production
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
1/13
1. Etilen OksidaEtilen oksida merupakan suatu bahan kimia yang digunakan untuk membuat etilen
glikol. Selain itu, etilen oksida juga digunakan untuk membuat polietilen oksida yang
biasa diaplikasikan sebagai bahan aditif dalam proses pembuatan detergent. Etilen oksidaini memiliki kereaktifan yang tinggi sehinggga sering digunakan sebagai reaktan. Karena
kereaktifan etilen oksida yang tinggi ini memungkinnkan terjadinya ledakan dan sangat
berbahaya karena memiliki toksisitas yang tinggi pula. Sehingga untuk penggunaan etilen
oksida ini untuk diolah sebagai bahan baku pembuatan etilen glikol atau yang lainnya
biasanya dilakukan dalam plant yang berdekatan. Sehingga untuk proses transportasinnya
hanya dilakukan dengan mengalirkannya dengan menggunakan pipa. Etilen oksida dapat
dibuat melalui oksidasi etilen. Etilen merupakan hidrokarbon oleofin yang paling
sederhana dan merupakan bahan baku yang penting dalam industry kimia. Erilen
dihasilkan dari minyak bumi dan gas alam, namun bahan baku etilen diindustri biasanya
diperoleh dari cracking hidrokarbon rantai panjang.
2. Deskripsi Proses Sintesa Etilen OksidaAdapun pada proses pembuatan etilen oksida ini, dilakukan dengan cara
mengoksidasi etilen. Dimana, etilen direkasikan dengan oksigen sehingga membentuketilen oksida. Berikut adalah reaksi kimianya :
C2H4+ 0,5O2 C2H4O
C2H4+ 3O2 2CO2+ 2H2O
C2H4O + 2,5O2 2H2O + 2CO2
Proses flow diagram pembuatan etilen oksida PT. Stratos Engineering ini
ditunjukkan pada Gambar 1. berikut. Dimana proses pembuatan etilen oksida terbagi
menjadi beberapa tahap diantaranya adalah tahap persiapan umpan, tahap reaksi dan
tahap purifikasi.
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
2/13
2 | P a g e
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
3/13
3 | P a g e
2.1. Persiapan umpanPada proses pembuatan etilen oksida, dibutuhkan umpan berupa etilen dan
udara kering.
2.1.1.EtilenAliran 2 ini merupakan aliran umpan etilen yang akan digunakan untuk
pembuata etilen oksida. Etilen yang diumpankan melalui aliran 2 ini memiliki
temperature 25oC dan tekanan 50 bar. Kemudian etilen ini melewati throttling
valve sehingga akan keluar sebagai aliran 8. Pada Aliran 8 ini temperaturnya
mengalami perubahan yaitu dari 250C menjadi -6,300C, tekanannya juga
mengalami perubahan yaitu dari 50 bar menjadi 27 bar. selanjutnya dari aliran ini
dicampur dengan hasil recycle ethylene pada aliran 27 yang telah di blower danmasuk melalui throttling valve sehingga dihasilkan aliran 28. Pada aliran 9 ini
komposisinya adalah ethylene 1047,95 kmol/h , ethylene oside 6,48 kmol/h ,
carbon dioxide 31,71 kmol/h , oxygen 3050,14 kmol/h , nitrogen 14.093,02 km
ol/h , dan water 20,99b kmol/h. temperature pada aliran ini adalah 26,34 0C ,
tekanan 27 bar.
2.1.2.Udara KeringUdara kering yang akan digunakan untuk pembuatan etilen oksida ini dimulai
dari aliran 1, dengan temperature 25oC dan tekanan 1,01325 bar dimana
komposisi udara ini mengandung oksigen dan nitrogen. Udara ini akan melewati
compressor dan kemudian dihasilkan aliran ke 3. Aliran ke 3 merupakan keluaran
dari aliran 1 yaitu udara yang telah melalui compressor dimana, temperature dari
udara ini telah berubah menjadi 159,19oC dan tekanannya 3 bar dengan komposisi
oksigen dan nitrogen yang tetap. Setelah itu udara masuk kedalam intercooler
sehingga akan mengalami perubahan temperature dan tekanan. Keluaran dari
intercooler ini adalah aliran 4, dimana komposisinya adalah oxygen dan nitrogen
dengan temperature 450C, tekanan 2,70 bar. selanjutnya dari aliran ke 4 ini udara
kembali diumpankan ke dalam air compressor sehingga udaranya akan mengalami
perubahan temperature dan tekanan, yaitu pada aliran 5. Aliran kelima merupakan
udara keluaran hasil dari air compressor, dimana temperaturnya mengalami
kenaikan menjadi 206,110C dan tekanan 9 bar. Selanjutnya dari aliran 5 akan
diumpankan kembali kedalam intercooler, hal ini dilakukan karena temperature
yang dihasilkan masih terlalu tinggi, sedangkan tekanan yg diinginkan belum
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
4/13
4 | P a g e
tercapai, hasil dari intercooler ini adalah aliran 6, dimana temperature dan
tekanannya mengalami perubahan, yaitu temperaturnya menjadi 450C dan
tekanannya mengalami kenaikan menjadi 8,70 bar. Dikarenakan tekanan udara
yang diinginkamn belum tercapai , maka dari aliran 6 ini akan diumpan kan
kembali kedalam air compressor sehingga akan dihasilkan aliran 7, dimana
temperaturenya 195,210C dan tekanannya mengalami kenaikan menjadi 27 bar,
komposisinya tidak mengalami perubahan yaitu tetap oxygen dan nitrogen.
Tujuan pemasangan air compesor dan intercooler yang dipasang berselang seling
bertujuan agar dalam tekanan yang diharapkan tercapai namun temperaturnya
tidak terlalu tinggi, sebab jika temperaturnya terlalu tinggi memungkinkan
terjadinya perubahan fase.
2.2. ReaksiPada proses pembuatan etilen oksida ini, etilen yang telah diperoleh dari aliran
9 dicampur dengan udara kering yang telah di buat dari proses sebelumnya yaitu
dari aliran 7. Hasil pada campuran ini mengandung ethylen, ethylene oxide,
carbon dioxide, oxygen , nitrogen , dan water . Setelah terjadi pencampuran
tersebut, temperatur pada aliran ini naik menjadi 106,740C , tekanannya 26,80 bar.
Selanjutnya dari aliran ini dimasukan terlebih dahulu kedalam reactor preheater,
tujuannya adalah untuk menaikan suhu nya agar temperature nya sesuai dengan
temperature operasi yang diinginkan yaitu sebesar 240oC. Aliran keluaran dari
hasil reactor preheater ini, komposisinya mengandung ethylene , ethylene oxide,
carbon dioxide, oxiygen , nitrogen, dan water. Dari aliran ini kemudian
diumpankan kedalam reactor pertama, dimana didalam reactor ethylene di
oksidasi dengan menggunakan oksigen, dalam reactor ini reaksi nya berlangsung
secara eksoterm sehingga akan dihasilkan panas dari reaksi, kemudian panas yang
dihasilkan akan digunakan untuk membuat steam dengan cara memasukkan boiler
feed water kebagian shell dalam reactor tersebut. Pada aliran keluaran dari reactor
yang pertama ini, etilen oksida yang terbentuk memiliki konversi yang cukup
kecil untuk menghasilkan selektivitas terhadap produk yang diinginkan. Pada
aliran ini telah diperoleh etilen oksida. Dan kemudian effluent dari reactor yang
pertama ini akan memasuki cooler karena suhu yang keluaran dari reactor ini
adalah cenderung tinggi yaitu sekitar 240oC. Setelah masuk kedalam cooler
tersebut, suhu effluent tersebut turun menjadi 45oC. Selanjutnya effluent tersebut
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
5/13
5 | P a g e
masuk kedalam blower sehingga tekanan dan temperature effluent tersebut naik
menjadi 30,15oC dan 63,72oC. Setelah masuk kedalam kompresor tersebut
kemudian effluent tersebut masuk ke dalam scrubber untuk mengabsorbsi etilen
oksida yang telah terbentuk dari hasil pada reactor 1. Etilen oksida tersebut di
absorb dengan menggukan air. Air yang dimasukkan kedalam scrubber tersebut
sebanyak 20 kmol/jam dengan temperature 25 oC dan tekanan 30 bar. Hasil
keluaran scrubber tersebut terdiri dari produk bawah (aliran 17) yang kemudian
masuk kedalam proses purifikasi, dan aliran atas (aliran 16) yang terdiri dari
ethylene, etilen okside yang tidak terabsorb, carbon dioxide, oksigen , nitrogen
dan air sebanyak. Kemudian aliran tersebut masuk ke dalam reactor preheater
untuk menaikkan temperaturnya agar sesuai dengan temperature operasi yang
diinginkan yaitu 240oC. Aliran keluaran dari hasil reactor preheater ini kemudian
diumpankan kedalam reactor kedua, dimana prosesnya sama seperti pada proses
dalam reactor pertama. Akan tetapi, pada reactor kedua ini, konversi yang tercapai
lebih besar dibandingkan dengan pada reactor pertama. Effluent yang keluar dari
reactor kedua ini terdiri dari etilen, dan etilen yang bersisa sebesar, oksigen dan
karbon dioxide. Sama seperti reactor yang pertama, pada reactor kedua ini reaksi
nya berlangsung secara eksoterm dan panas yang dihasilkan dari reaksi tersebut,
kemudian digunakan untuk membuat steam dengan cara memasukkan boiler feed
water kebagian shell dalam reactor tersebut. Kemudian effluent tersebut masuk
kedalam rangkaian seri yang terdiri dari cooler, compressor dan Etilen oksida
absorber dengan kondisi operasi yang sama seperti pada rangkaian pertama.
Produk atas dari etilen oksida absorber ini yang mengandung etilen, Etilen oksida,
karbon dioksida, oksigen, Nitrogen dan air dengan temperature produk tersebut
adalah 30.0851 oC dan tekanan 30 bar. Kemudian senywa tersebut sebagian
direcycle kembali pada fresh etilen sebagai umpan dan sebagian lagi dikeluarkan
sebagai fuel gas.
2.3. PurifikasiProses purifikasi dilakukan untuk mencapai spesifikasi produk , sehingga
sesuai dengan yang diingkan, pada proses pembuatan ethylene oxide ini proses
purifikasi dimulai dari aliran 17 dimana aliran ini merupakan keluaran hasil dari
absorber 1 dimana kandungannya adalah ethylene, ethylene oxide, carbon dioxide,
oxygen, nitrogen dan water. Dimana temperature nya adalah 51,920C, tekanan 30
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
6/13
6 | P a g e
bar. Kemudian dari aliran ini dicampur dengan aliran 25 dimana komposisi pada
aliran 25 ini mengandung ethylen , ethylene oxide, oxygen, carbon dioxide,
nitrogen, dan water, pada aliran 25 ini merupakan hasil keluaran dari absorber 2,
temperature pada aliran ini adalah 52,260C , tekanan 30 bar. Kedua aliran tersebut
bercampur menghasilkan aliran 29 dengan komposisi ethylene, ethylene oxide,
oxygen, carbon dioxide, nitrogen, dan water. Sedangkan untuk kondisi operasi
yang terjadi dialiran 29 dengan temperature 52,08 oC , tekanan 30 bar. Sebelum
masuk ke dalam kolom destilasi didinginkan terlebih dahulu di distillation
precooler (E-707) dan menghasilkan aliran 30 dengan komposisi ethylene,
ethylene oxide, carbon dioxide, oxygen, nitrogen , dan water. Sedangkan untuk
kondisi operasinya, temperature yangdihasilkan menjadi 45 oC sedangkan tekanan
29,70 bar dan laju alir tetap. Aliran tersebut melewati valve menjadi aliran 31
dengan komposisi tetap dengan kondisi operasi , temperature 45,02 oC , tekanan
10 bar dan laju alir tetap. Destilasi tersebut dilengkapi oleh kondensor, level
indicator control (LIC), reflux drum, reboiler (E-709), pompa (P-701A/B), valve
dan flow indicator control (FIC). Kondensor berfungsi memaksimalkan konversi
di destilasi tersebut, LIC berfungsi untuk mengkontrol tinggi cairan yang terdapat
di kolom destilasi, sedangkan FIC berfungsi untuk mengkontrol laju alir dari
kolom destilasi, sedangkan reflux drum buat memaksimalkan kemurnian dari
ethylene oxide. Hasil dari bottom produk menhasilkan aliran 33 dengan komposisi
ethylene oxide dan water dengan kondisi operasi, temperatur 182,3 oC , tekanan
10,5 bar. Sedangkan top product menhasilkan 2 aliran. Aliran 32 dan aliran 34,
aliran 32 mengandung ethylene oxide dan water memiliki kandungan 99,5wt % ,
sedangkan kondisi operasinya temperatur 86,4 oC, tekanan 10 bar. Sedangkan
untuk aliran kedua dari top product adalah aliran 34 dengan komposisi ethylene,
carbon dioxide, oxygen, dan nitrogen. Sedangkan untuk temperature operasi 86,4oC, tekanan 10 bar, vapor mole fraction 1.
3. Spesifikasi AlatBerdasarkan deskripsi proses pembuatan etilen oksida yang telah dipaparkan
diatas, adapun spesifikasi dari masing-masing alat yang digunakan adalah sebagai
berikut :
3.1. Kompresor
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
7/13
7 | P a g e
Kompresor yang digunakan pada pabrik ini memiliki spesifikasi sebagai
berikut :
a. K-100Bahan : Carbon steel
Jenis : Sentrifugal
Power : 19 MW
Adiabatic efficiency : 80%
b. K-101Bahan : Carbon steel
Jenis : Sentrifugal
Power : 23 MW
Adiabatic efficiency : 80%
c. K-102Bahan : Carbon steel
Jenis : Sentrifugal
Power : 21,5 MW
Adiabatic efficiency : 80%
d. K-103Bahan : Carbon steel
Jenis : Sentrifugal
Power : 5,5MW
Adiabatic efficiency : 80%
e. K-104Bahan : Carbon steel
Jenis : Sentrifugal
Power : 21,5 MW
Adiabatic efficiency : 80%
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
8/13
8 | P a g e
3.2. Heat Exchangera. E-100
Luas : 5553m3
Q : 58.202 MJ/hJenis proses : Stream in tubes
b. E-101Luas : 6255m3
Q : 83.202 MJ/h
Jenis proses : Stream in tubes
c. E-102Luas : 12.062 m3
Q : 147.566 MJ/h
Jenis proses : Stream in tubes
d. E-103Luas : 14.110 m3
Q : 209.607 MJ/h
Jenis proses : Stream in tubes
e. E-104Luas : 14.052 m3
Q : 229.890 MJ/h
Jenis proses : Stream in tubes
f. E-105Luas : 13.945 m3
Q : 207.144 MJ/h
Jenis proses : Stream in tubes
g. E106Luas : 1478 m3
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
9/13
9 | P a g e
Q : 21.493 MJ/h
Jenis proses : Stream in tubes
3.3.
Reaktora. PFR -100
Bahan : Carbon steel
Diameter : 9 mm
Void fraction : 0,4
Volume : 202 m3
Tinggi : 10 m
Diameter tube : 7,38 cm
Jumlah tube : 4722
Active catalyst : 100 %
Q : 33.101 MJ/h
b. PFR-101Bahan : Carbon steel
Diameter : 9 mm
Void fraction : 0,4
Volume : 202 m3
Tinggi : 10 m
Diameter tube : 9,33 cm
Jumlah tube : 2954
Active catalyst : 100 %
Q : 26.179 MJ/h
3.4. Absorbera. T-101
Bahan : Carbon steel
Sieve trays : 20 SS
Efficient trays : 25 %
Feed on tray : 1 dan 20
Spacing : 24 in
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
10/13
10 | P a g e
Tinggi : 12,2 m
Diameter : 5,6 m
b. T-102Bahan : Carbon steel
Sieve trays : 20 SS
Efficient trays : 25 %
Feed on tray : 1 dan 20
Spacing : 24 in
Tinggi : 12,2 m
Diameter : 5,6 m
3.5. Distilasia. T-103
Bahan : Stainless steel
Sieve trays : 70 SS
Efficient trays : 33%
Feed on tray : 36
Reflux ratio : 0,89
Spacing : 12 in
Tinggi : 43 m
Diameter : 8 m
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
11/13
11 | P a g e
4. Simulasi Pada HysysBerdasarkan spesifikasi alat tersebut dan kondisi operasi yang telah diuraikan
pada deskripsi proses. Berikut ini contoh beberapa alat pada proses pembentukan etilen
oksida hasil simulasi beberapa alat dengan menggunakan program hysis yaitu :a) Kompresor
Sebagai contoh yaitu pada kompresor K-101 sebagai berikut
Pada hasil simulasi menggunakan hysys ini dapat dilihat bahwa terdapat
sedikit perbedaan pada bagian tekanan produk. Diamana, pada textbook telah
tercantum bahwa nilai tekanan yang diharapkan adalah 9 bar dan temperature
206.11oC.
b) Heat ExchangerBerikut ini diambil contoh heat exchanger (alat penukar panas) pada proses
pembentukan etilen oksida saat pemanasan awal sebelum bahan baku masuk
kedalam reactor (reactor preheater). Berikut hasil simulasi yang dilakukan
dalam hysys :
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
12/13
12 | P a g e
Profil heatflow terhadap temperature yang dihasilkan :
Pada grafik diatas dapat dilihat bahwa seiring dengan naiknya temperature
produk atau temperature keluaran heater maka laju panas yang dibutuhkan
dalam heater tersebut akan semakin benyak pula, karena untuk memanaskan
suatu zat membutuhkan energi (Cp) yang berbeda-beda. Dimana kapasitas
panas ini merupakan banyaknya energy yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk
menaikkan suhunya sebesar 1oC sebanyak 1 Kg.
c) ReaktorReaktor yang digunakan pada proses pembuatan etien oksida ini adalah
reaktor jenis PFR (Plug Flow Reactor). Pemutusan penggunaan reaktor jenis
ini kareana dalam spesifikasi alat telah tersedia bahwa reaktornya tersiri dari
4722 tube dan informasi lainnya. Sedangkan jenis reaksi yang digunakan juga
merupakan reaktor kinetika dengan basis konversi yaitu fase vapor karena
umpan dan produk dari reaktor ini dalam fase vapor (gas). Produk yang
dihasilkan hasil simulasi menggunakan hysys ini memiliki jumlah yang lebih
banyak atau konversi yang terjadi lebih besar. Peningkatan ini terjadi karena
persamaan kinetika yang masukkan kedalam hysys tidak dimasukkan secara
lengkap. Karena persamaan kinetika yang tersedia berbeda dengan persamaan
kinetika yang digunakan pada program hysys.
-
8/13/2019 Ethylene Oxide production
13/13
13 | P a g e
d) AbsorberPada proses pembuatan etilen oksida ini, absorber digunakan untuk
memisahkan etilen oksida yang telah terbentuk dari reaktor. Dengan
menggunakan absorber berupa air (Processed Water) etilen oksida yang
terbentuk akan terlewatkan melalui aliran 17, sedangkan untuk komponen lain
yang belum terkonversi menjadi etilen oksida akan keluar melalui aliran 16
untuk dimasukkan kedalam reaktor ke 2, agar tercapai konversi yang lebih
maksimal.
Secara keseluruhan, plant produksi etilen oksida pada PT.Stratos Engineering dengan
menggunakan aplikasi hysys yaitu ditunnjukkan pada gambar berikut ini :