Tugas Reaktor_intan Sh_151424015_4tkpb.docx

TUGAS PEMECAHAN MASALAH TEKNIK KIMIA Proses Simulasi Reaktor Metanol dari CO2 dan H2

Oleh:

Intan Siti Hardianti

NIM.151424015

Kelas:4A-TKPB

PROGRAM STUDI D-IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2019

I.

PERMASALAHAN Metil alkohol atau yang lebih dikenal dengan sebutan metanol merupakan produk industri hulu petrokimia yang mempunyai rumus molekul CH3OH. Kondisi operasi proses pembuatan metanol dapat berpengaruh terhadap konversi reaksi. Sehingga dibutuhkan adanya studi optimasi kondisi operasi menggunakan software ASPEN HYSYS version 8.8 untuk memperoleh kondisi optimum.

II.

DATA INPUT 2.1 Input Data Reaksi Data yang harus dimasukan pada properties bukan hanya jenis komponen dan fluid package yang digunakan. Untuk sistem reaksi, diperlukan input data reaksi berupa koefisien reaksi yang diinput seperti pada Gambar 2.1 dan kondisi operasi seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2. Kemudian diinput data energi aktivasi (E) dan nilai A untuk reaksi forward dan reaksi reverse seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.1 Koefisien Reaksi

Gambar 2.2 Kondisi Operasi Reaksi

Gambar 2.3 Kinetika Reaksi 2.2 Input Data Feed Data komposisi feed dimasukan seperti pada Gambar 2.5. Setelah itu kondisi operasi dimasukkan seperti pada Gambar 2.6.

Gambar 2.5 Komposisi Feed

Gambar 2.6 Kondisi Operasi 2.3 Input Data Case Study Case study merupakan tool dalam HYSYS yang digunakan untuk mensimulasikan pengaruh satu variabel terhadapvariabel lainnya. Dalam simulasi ini, dilakukan kajian mengenai pengaruh temperatur dan tekanan terhadap konversi reaksi. Case study pertama dapat dilihat pada Ganbar 2.7 dan 2.8. Sedangkan case study kedua dapat dilihat pada Gambar 2.9 dan 2.10.

Gambar 2.7 Pengaturan Case study Temperatur terhadap Konversi Reaksi

Gambar 2.8 Pengaturan Iterasi Simulasi Case Study Temperatur

Gambar 2.9 Pengaturan Case study Tekanan terhadap Konversi Reaksi

Gambar 2.10 Pengaturan Iterasi Simulasi Case Study Tekanan III.

METODA PENYELESAIAN/SOLUSI BAHAN BAKU

MASALAH

SOLUSI

Syn Gas

Konversi Reaksi rendah

Simulasi Kondisi Operasi

(12 – 15%)

-temperatur

CO2

7%

H2

93%

-tekanan

Model kinetika reaksi mengikuti model dari Vanden dan Froment (1996) yang mengajukan model kinetika reaksi sintesis metanol sebagai berikut: 𝐶𝑂2 (𝑔) + 3𝐻2 (𝑔) ↔ 𝐶𝐻3𝑂𝐻 (𝑔) + 𝐻2𝑂(𝑔) Reaksi diatas merupakan reaksi eksotermis dan terjadi penurunan jumlah mol atau volum. Untuk mencapai konversi kesetimbangan yang tinggi berdasar prinsip kesetimbangan, maka diinginkan proses yang memiliki tekanan tinggi dan bersuhu rendah. Namun di sisi lain, reaksi ini berlangsung atas bantuan katalis padat sehingga memerlukan suhu yang tinggi untuk mencapai kecepatan reaksi yang tinggi. Spesifikasi katalis yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 Komposisi Katalis Komponen CuO ZnO Al2O3 ZrO2

Komposisi (%) 52,1 26,6 6,2 15,1

Dengan demikian, diperlukan sebuah proses optimasi suhu demi mendapatkan konversi yang optimal. Hasil simulasi berupa komposisi produk dapat dilihat pada Gambar 3.1. Sedangkan hasil simulasi pada case study pertama dan kedua dapat dilihat pada Tabel 3.1 dan 3.2.

Gambar 3.1 Hasil Komposisi Produk Tabel 3.1 Hasil Simulasi Case study Temperatur terhadap Konversi Reaksi Temperatur (oC) Konversi (%) 200 9 210 13 220 21 230 46 240 80 250 87 260 91 270 94 280 95 290 97,3 300 97,9 310 98,4 320 98,7 330 98,7 340 99 350 99,2 Tabel 3.2 Hasil Simulasi Case study Tekanan terhadap Konversi Reaksi Tekanan (kPa) Konversi (%) 5000 84.1 7000 92.5 9000 95.6 11000 97.1 13000 98.0 15000 98.5 17000 98.9 19000 99.1

21000 23000 25000

IV.

99.3 99.4 99.5

PEMBAHASAN/KOMENTAR

Gambar 4.1 Grafik Hasil Simulasi Case study Temperatur terhadap Konversi Reaksi Berdasarkan Gambar 3.3, dapat diketahui bahwa semakin tinggi temperatur, maka konversi reaksi akan semakin tinggi. Hal ini disebabkan karena suhu yang semakin tinggi akan mempengaruhi kecepatan reaksi sesuai dengan persamaan Arhennius dimana semakin tinggi suhu maka nilai dari kecepatan reaksi juga akan semakin besar (Levenspiel, 1999). Selain nilai kecepatan reaksi kenaikan suhu juga mempengaruhi viskositas suatu zat. Semakin tinggi suhu akan menghasilkan viskositas yang semakin rendah. Viskositas akan mempengaruhi kekentalan suatu zat, semakin kecil nilai dari viskositas akan mempermudah suatu zat untuk bereaksi sehingga menyebabkan nilai dari konversi meningkat pada reaktan dengan viskositas lebih rendah pada suhu yang lebih tinggi. -ln (1-XA) = k. t k = A e -Ea/RT

Pemilihan temperatur optimum dapat dilihat dari kenaikan konversi yang signifikan yaitu pada suhu 240oC. Penambahan suhu setelah 240oC dapat meningkatkan konversi reaksi namun peningkatan konversi tidak terlalu signifikan. Kurva kenaikan konversi menjadi semakin landai. Kondisi operasi yang dipilih tergantung dari keinginan konversi reaksi. Untuk mencapai konversi reaksi sebesaar 95%, diperlukan suhu 280 oC.

Gambar 4.2 Grafik Hasil Simulasi Case study Tekanan terhadap Konversi Reaksi Berdasarkan Gambar 3.5, dapat diketahui bahwa semakin tinggi tekanan, maka semakin tinggi pula konversi reaksi yang diperoleh. Pemilihan temperatur optimum dapat dilihat dari kenaikan konversi yang signifikan yaitu pada suhu 7000 kPa. Penambahan suhu setelah 7000 kPa dapat meningkatkan konversi reaksi namun peningkatan konversi tidak terlalu signifikan. Kurva kenaikan konversi menjadi

semakin landai. Kondisi operasi yang dipilih tergantung dari keinginan konversi reaksi. Untuk mencapai konversi reaksi sebesaar 95%, diperlukan suhu 9000 kPa. V.

GAMBAR/SKEMA

DAFTAR PUSTAKA Levenspiel, O.1999.Chemical Reaction Engineering Ed. 3rd.John Wiley and Sons: New York Vanden, B.K.M., and Froment, G.F., 1996, “A steady-state kinetic model for methanol synthesis and the water gas shift reaction on a commercial Cu/ZnO/Al2O3 catalyst”, J. Cat., vol. 161, p. 1-10.