MAKALAH PROSES INDUSTRY KIMIA

GAS ACETYLENE

(DIBUAT UNTUK MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH PROSES INDUSTRY KIMIA)

Disusun oleh :

Rahmiaty Tri Syahputeri(0611 3040 1069 )

Vera Agustin Sitompul(0611 3040 1073 )

Kelas : 3 KIC

Kelompok : V (lima)

Dosen Pembimbing : Ir. Erwana Dewi, M.Eng

Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang

2012 / 2013

GAS ACETYLENE

PENDAHULUAN

Asetilen adalah suatu hidrokarbon yang tergolong pada gugus alkuna. Asetilen merupakan gugus alkuna yang paling sederhana, karena hanya terdiri dari 2 atom karbon dan 2 atom hydrogen . Asetilen baik berupa cairan ataupun gas , sangat mudah meledak dan mudah terdekomposisi menjadi C2H2 2C + H2 , bila terjadi di udara oleh panas atau benturan mekanik dan dekomposisi terjadi dengan peledakan . Pada silinder gas penyimpanannya dibutuhkan penambahan suatu pelindung seperti asbes sehingga aman untuk dibawa .

Klasifikasi Proses Pembuatan Acetylen :

Acetylene dari proses Hidrokarbon Parsial Acetylen dari proses Kalsium Karbida

Data Kuantitatif

Acetylene dari proses Hidrokarbon Parsial :

a. Basis : 1 ton of acetylene (99% purity – 35% yield) Gas Alam/ CH4 : 5200 cu m (STP) atau napta = 4.1 ton Oksigen (95 %) : 4.7 ton Elektrisitas : 350 KWh Steam Proses : 12 ton Water : 1100 ton Dari hasil produk : 900 cu m (STP) dari 3000 Kkal/cu m akan digunakan

untuk sintesis gas.

b. Kapasitas Produksi : 10-60 ton/hari .

Acetylen dari proses Kalsium Karbida :

a. Basis : 1 ton Asetilen ( kemurnian 99%) CaCO3 : 5,5 ton Air : 33 ton untuk proses basah

: 3 ton untuk proses kering

b. Kapasitas Produksi : 3 – 30 ton per hari

Sifat Fisik dan Sifat Kimia

Sifat fisik dan kimia Bahan Baku : Oksigen

Oksigen (O2) merupakan Gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa.

Gas Oksigen mempunyai Berat, 1,429 gram/l pada suhu 0 °C, tekanan 860 mm Hg.

Pada suhu 0 ° C tekanan 860 mm Hg, 1 liter air murni terlarut sebanyak 14,602 mg gas oksigen.

Oksigen dalam air berasal dari hasil fotosintesis organisme perairan serta difusi langsung dari udara.

Oksigen berperan sangat penting dalam proses /reaksi Geobiofisik- kimiawi yang terjadi dalam suatu ekosistim terestrial maupun perairan.

Nitrogen Kepadatan : 1,25 x 10-3 g.cm-3 pada 20 ° C Melting point : -210 °C ( Titik lebur : -210 ° C ) Boiling point : -195.8 °C ( Titik didih : -195,8 ° C )

CH 4 (gas alam) Berat Molekul : 16.043 g/mol Titik leleh : -182,5 ° C Suhu kritis : -82,7 ° C Tekanan kritis : 45,96 bar

Sifat Fisik Dan Kimia Bahan Produk : Acetylene ( C 2H2)

Simbol Kimia : C2H2

Titik Didih : -84 °C Berat Jenis Relatif (Udara = 1) : 0,91 Berat Molekul : 26.02 g/mol Suhu Kritis : 35,2 °C Berat Jenis Gas : (@101,3 kPa & 15 °C) 1,108 kg/cm3

Batas kemampuan terbakar diudara (%) : 2,3 – 80 Titik Nyala : 305 °C Triple point : -80,60C , tekanan 961,5 mmHg

CO

Sifat Kimia Reaksi O2 dengan karbon membentuk CO disebut sebagai kesetimbangan

Boudouard. O2 + 2 C → 2 CO

Sifat fisik CO antara lain :

Tidak berwarna, gas tidak berbau Densitas : 0,789 g/cm³ Titik leleh : -205 °C (68 K) Titik didih : -192 °C (81 K) Kelarutan dalam air 0,0026 g/100 mL (20 °C) : -28,836 J·mol-1·K-1 .

Hidrogen (H 2) Massa jenis (0 °C, 101.325 kPa) : 0,08988 g/L Titik lebur : 14,01 K (−259,14 °C, −434,45 °F) Titik didih : 20,28 K (−252,87 °C, −423,17 °F)

Reaksi Kimia Yang Terjadi

Reaksi Kimia proses hidrokarbon :

Reaksi eksotermis :

CH4 + 2O2 à CO2 + 2H2O ΔH = -212,798 Kkal

Reaksi endotermis :

2CH4 à C2H2 + 3H2 ΔH = +89,97 Kkal

Flowsheet Pembuatan Asetilen Dari Proses Hidrokarbon Parsial

Reaksi Kimia Yang Terjadi

Reaksi Kimia proses kalsium karbida CaO + 3C à CaC2 + CO ΔH = +111 kkal CaC2 + 2H2O à Ca(OH)2 + CH=CH ΔH = -30 kkal CaCO3 à CaO + CO ΔH = +44 kkal 2CO2 + O2 à 2 CO2 ΔH = -135 kkal

Flowsheet Pembuatan asetilen dari proses Kalsium Karbida

Neraca Massa

Neraca Massa pada Pembuatan Asetilen Dari Proses Hidrokarbon Parsial

Neraca Massa pada Furnace

Proses pemanasan akan dilakukan pada furnace. Pembakaran pada furnace dilakukan pada

suhu 550°C. CH4 dan O2 dipanaskan pada furnace yang berbeda. Ini dilakukan supaya diantara

keduanya tidak terjadi reaksi pada saat dipanaskan. CH4 akan dipanaskan pada furnace 2, sedangkan

O2 akan dipanaskan pada furnace 1. Pada proses pembakaran ini digunakanlah fuel dan udara.

Komposisi dari keduanya tidak diketahui secara jelas, sehingga dapat kita abaikan. Massa CH4 dan O2

yang dikeluarkan pun tidak mengalami perubahan.

Neraca Massa pada Burner

Basis : 1 ton asetilen

CH4 = 4.1 ton O2 = 4.7 ton

CH4 = 4.1 ton x

1000 kg1 ton =

4100 kg16 kg /mol = 256.25 kmol

O2 = 4.7 ton x

1000 kg1 ton =

4700 kg32 kg /kmol = 146.875 kmol

Pada burner terjadi pemanasan lanjutan. CH4 dan O2 dari furnace akan dipanaskan lagi

dengan menggunakan suhu sekitar 1500°C. Dari proses ini, kedua senyawa tercampur dan

menghasilkan CH4 sisa, CO2, dan H2O. CH4 sisa dan CO2. Setelah itu, CH4 akan terpecah menjadi

C2H2 dan H2. H2O akan dibuang melalui bottom burner, sedangkan lainnya akan diteruskan ke

Scrubber. Sebelumnya, akan didinginkan dulu di dalam Quench dengan cara menyemprotkan H2O ke

dalamnya.

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

Mula-mula : 256.25 146.875 - - kmol

Bereaksi : 73.4375 146.875 73.4375 146.875 kmol

Sisa : 182.8125 - 73.4375 146.875 kmol

BM : 16 32 44 18 kg/kmol

Massa : 2925 - 3231.25 2643.75 kg

2CH4 à C2H2 + 3 H2

Mula-mula : 182.8125 - - kmol

Bereaksi : 91.40625 45.703125 137.109275 kmol

Sisa : 91.40625 45.703125 137.109275 kmol

BM : 16 26 2 kg/kmol

Massa : 1462.5 1188.28125 274.21875 kg

Komponen INPUT (kg) OUTPUT (kg)

CH4 4100 1462.5

O2 4700 -

CO2 - 3231.25

H2 - 274.21875

C2H2 - 1188.28125

H2O - 2643.75

Total 8800 8800

Neraca Massa pada Scrubber

Pada scrubber, terjadi pembentukan Carbon Black. Carbon Black ini terbentuk karena

terpecahnya C2H2. Pemisahan ini tidak diinginkan karena tujuan utama dari flowsheet ini adalah

untuk menghasilkan asetilen dengan hasil yang banyak dan dengan kemurnian yang tinggi.

Meskipun pemisahan ini tidak diinginkan, namun pemisahan ini akan tetap terjadi. Dengan

terbentuknya Carbon Black ini, maka kemurnian dan hasil yang akan diperoleh semakin kecil,

yakni hanya 35%. Agar tidak tercampu dengan gas bersih yang diinginkan, Carbon Black ini akan

dikeluarkan dengan bantuan coke (asumsi sebanyak 500 kg) melalui bottom scrubber. Gas bersih

yang didapat yakni terdiri dari C2H2, H2, CO2, CH4, CO, serta misc dengan persentase masing-

masing.

Karena C2H2 yang dihasilkan hanya 35%, maka:

8% C2H2 = 350 kg

54% H2 =

548

x 350=2362 . 5 kg

26% CO2 =

268

x 350 kg=1137. 5kg

5% CH4 =

58

x 350 kg=218. 75 kg

4% CO =

48

x350 kg=175 kg

3% misc =

38

x 350 kg=131. 25 kg

Total = 4375 kg

Total gas bersih = 4375 kg, Coke = 500kg dan Total Input = 6156.25 kg

Jadi, jumlah Coke + Carbon Black = (Total Input + Coke) - Total Gas Bersih

= (6156.25 kg + 500 kg) – 4375 kg

= 2281.25 kg

Komponen Input (kg) Output (kg)

C2H2 1188.28125 350

H2 274.21875 2362.5

Carbon Black + Coke 500 2281.25

CO2 3231.25 1137.5

CH4 1462.5 218.75

CO - 175

Misc - 131.25

Total 6656.25 6656.25

Neraca Massa pada Absorber

Pada absorber hanya terjadi pemisahan antara flue gas yakni CO dan H2 kebagian atas untuk

dijadikan sintesis gas recovery. Sedangkan gas bersih lainnya akan diteruskan ke stripper.

Komponen Input (kg)Output (kg)

1 2

C2H2 350 - 350

H2 2362.5 2362.5 -

CO2 1137.5 - 1137.5

CH4 218.75 - 218.75

CO 175 175 -

misc 131.25 - 131.25

Total 4375 4375

Neraca Massa pada Stripper

Pada stripper, CH4 sebagai fuel (bahan bakar) akan dipisahkan dari komposisi gas bersih yang

masuk di dalamnya. CH4 ini akan digunakan untuk proses steam dengan bantuan H2O dan udara

(akan dijelaskan lebih lengkap pada neraca massa selanjutnya), sedangkan C2H2, CO2 serta misc

akan diteruskan ke Acetylene Fractionator untuk dilakukan pemurnian.

Komponen Input (kg)Output (kg)

1 2

C2H2 350 - 350

CO2 1137.5 - 1137.5

CH4 218.75 218.75 -

misc 131.25 - 131.25

Total 1837.5 1837.5

Neraca Massa pada Proses Steam

Komposisi udara (asumsi 100 kg)

O2 = 21 % x 100 kg = 21 kg

N2 = 79 % x 100 kg = 79 kg

O2 =

21 kg32 kg /kmol

=0 .65625 kmol

CH4 =

218 .75 kg16 kg /kmol

=13 . 671875 kmol

CH4 + 2 O2 à CO2 + 2 H2O

Mula-mula : 13.671875 0.65625 - - kmol

Bereaksi : 0.1640625 0.328125 0.1640625 0.328125 kmol

Sisa : 13.5078125 0.328125 0.1640625 0.328125 kmol

BM : 16 32 44 18 kg/kmol

Massa : 216.125 10.5 7.21875 5.90625 kg

H2O yang dihasilkan dari proses steam = H2O yg masuk + H2O sisa dari reaksi

= 100 kg + 5.90625 kg

= 105.90625 kg

KomponenInput (kg) Output (kg)

1 2 3 4

CH4 218.75 - 216.125 -

O2 - 21 10.5 -

N2 - 79 79 -

H2O - 100 - 105.90625

CO2 - - 7.21875 -

Total 418.75 418.75

Neraca Massa pada Acetylene Fractionator

Pada acetylene fractionator, C2H2 (asetilen) yang dimasukkan ke dalamnya akan dipisahkan

dengan senyawa yang lain. Tidak seluruh asetilen akan langsung keluar dari acetylene

fractionator, namun ada sekitar 10% (asumsi) yang masih tercampur dengan gas lainnya. Asetilen

yang tercampur inilah yang akan dimurnikan lagi di Polymer Fractionator agar asetilen yang

dihasilkan dari proses ini memiliki kemurnian yang tinggi dan sesuai dengan yang diinginkan.

Jumlah C2H2 seluruhnya = 350 kg

10% C2H2 yang masih tercampur =

10100

x350 kg=35 kg

90% C2H2 yang terpisah =

90100

x350 kg=315 kg

Neraca Massa pada Polymer Fractionator

Pada polymer fractionator, asetilen yang masuk akan dikeluarkan melalui bagian atas.

Asetilen ini akan dicampur dengan asetilen yang telah keluar dari Acetylene Fractionator tadi,

sehingga total keseluruhannya akan menjadi 350 kg. gas sisa seperti CO2 dan misc akan dicampur

dengan larutan dimethyl formamid untuk kemudian akan di recycle lagi ke dalam absorber untuk

diambil asetilen yang masih tersisa di dalamnya walaupun kadarnya sangat kecil.

Hasil asetilen dengan kemurnian 99% adalah 35 kg + 315 kg = 350 kg

Neraca Massa Total

Komponen Input (kg) Output (kg)

CH4 4100 218.75

O2 4700 -

H2O 100 2643.75 + 100

Coke 500 -

Coke + Carbon Black - 2281.25

H2 - 2362.5

CO - 175

C2H2 - 350

CO2 - 1137.5

Misc - 131.25

Total 9400 9400

Neraca Massa pada Pembuatan Asetilen Dari Proses Kalsium Karbida

Mol C2H2 yang bereaksi pada generator =

99100

x1000 kg26 kg/kmol

=38. 08 kmol

Neraca Massa pada Furnace

CaCO3 (Kalsium Karbida) = 5.5 ton.

CaCO3=5,5 tonx1000 kg

ton=5500 kg

=

5500 kg

100kg

kmol

=55 kmol

CaCO3 CaO + CO2

Mula : 55 - - kmol

Reaksi : 38.08 38.08 38.08 kmol

Sisa : 16.92 38.08 38.08 kmol

BM : 100 56 44 kg/kmol

Massa : 1692 2132.48 1675.52 kg

Neraca Massa pada Reaktor

Komponen INPUT (Kg) OUTPUT (Kg)

CaCO3 5500 1692

CaO - 2132.48

CO2 - 1675.52

Total 5500 5500

CaO + 3C à CaC2 + CO2

Mula : 38.08 - - - kmol

Reaksi : 38.08 114.24 38.08 38.08 kmol

Sisa : - 114.24 38.08 38.08 kmol

BM : 56 12 64 28 kg/kmol

Massa : - 1370.88 2437.12 1066.24 kg

Kmol C yang bereaksi = 114.24 kmol,

kmol C yang bersisa = 114.24 kmol

Jadi, kmol C mula-mula = kmol C yang bereaksi + kmol C yang bersisa

= (114.24+114.24) kmol

= 228.48 kmol

Massa atom C mula-mula = 228.48 kmol x 12 kg/kmol

= 2741.76 kg

Komponen Input (Kg) Output (kg)

CaO 2132.48 -

C 2741.76 1370.88

CaC2 - 2437.12

CO2 1675.52 1675.52

CO - 1066.24

Total 6549.76 6549.76

Neraca Massa pada Generator

Pada Generator dilakukan penambahan H2O sebanyak 33 ton ,

H2O = 33 ton x

1000 kgton

=33000 kg

H2O =

33000 kg

18kg

kmol

=1833 .33 kmol

CaC2 + 2H2O

Ca(OH )2 + ¿ ¿¿¿ ¿ ¿¿Mula : 38.08 1833.33 - - kmol

Reaksi : 38.08 76.16 38.08 38.08 kmol

Sisa : - 1757.17 38.08 38.08 kmol

BM : 64 18 74 26

kgkmol

Massa : - 31629.06 2817.92 990.08 kg

Komponen Input (Kg) Output (Kg)

CaC2 2437.12 -

H2O 32999.94 31629.06

Ca(OH)2 - 2817.92

C2H2 - 990.08

Total 35437.06 35437.06

Neraca Massa pada Scrubber

Pada scrubber akan ditambahkan Asam Sulfat dengan asumsi 1 ton, sehingga :

H2SO4 = 1 ton x

1000 kgton

=1000 kg

H2SO4 =

gBm

=1000 kg

98kg

kmol

=10 .20 kmol

H2SO4 menyerap air yang ada pada asetilen.

Asumsi: Jumlah air yang terserap = 30 000 kg

Sehingga komposisi spent acid menjadi:

H2SO4 = 1 000 kg = 0,03 %

H2O = 30 000 kg = 99,97 %

Jumlah air yang masuk drier = 31629.06 kg – 30000 kg = 1629.06 kg

Neraca Massa pada Dryer

Kemurnian Asetilen yang dihasilkan 99%

Jadi jumlah H2O yang terdapat pada Asetilen = 1/99 x 990.08 kg = 10.00 kg

Jumlah H2O yang menguap pada drier = 1629.06 kg – 10.00 kg = 1619.06 kg

NERACA MASSA TOTAL

Komponen Input ( kg) Output (kg)

CaCO3 5500 1692

C 2741.76 1370.88

CO2 - 1675.52

CO - 1066.24

Ca(OH)2 - 2817.92

H2O 32999.94 30000 + 10 + 1619.06

H2SO4 1000 1000

C2H2 - 990.08

Total 42241.7 42241.7

Diagram Blok dari Pembuatan Asetilen dari Kalsium Karbida

KESIMPULAN

Acetylene adalah salah satu gugus alkuna yang bersifat mudah terbakar dan

biasanya digunakan pada saat pengelasan pada suatu perusahaan.

Klasifikasi proses pada acetylene :

a). Dari hidrokarbon ( pembakaran parsial hidrokarbon ) .b). Dari kalsium karbida .

Bahan baku pembuatan Acetylene adalah CH4 (gas alam), udara (oksigen dan

nitrogen)

Asetilena bereaksi dengan alkohol, hidrogen sianida , hidrogen klorida atau asam

karboksilat menghasilkan senyawa-senyawa vinil.

Daftar pustaka

http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://www.oxygen-plants.com/acetylene-plants/

gifs/diagram.

http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://www.oxygen-plants.com/acetylene-plants/

gifs/diagram.

http://www.suryabiru.co.id/acetylene.htm

www.google.com

“ Modul Mata Kuliah Proses Industri Kimia, Teknik Kimia. Politeknik Negeri Sriwijaya.

Palembang.2012“