BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Vinyl klorida adalah klorida organik yang paling penting dalam kimia
industri digunakan untuk menghasilkan polimer polivinil klorida (PVC). Senyawa
kimia 1,2- dichloroethane atau ethylene dichloride (EDC), adalah hidrokarbon
terklorinasi, terutama digunakan untuk menghasilkan vinil klorida monomer
(VCM,) EDC adalah cairan tidak berwarna dengan bau seperti kloroform. VCM
dan EDC adalah zat yang sangat berbahaya dimana kedua zat ini beracun dan
mudah terbakar, maka pembuatan VCM dan EDC harus menjadi perhatian
bahaya, keamanan dan polusi. Diperlukan pengembangan perangkat lunak proses
kimia memberikan dampak signifikan dalam simulasi proses kimia. Simulasi
proses pada industri VCM diharapkan dapat mengurangi waktu desain pabrik
dengan memungkinkan perancang untuk dengan cepat menguji berbagai
konfigurasi instalasi tanpa mempengaruhi masyarakat dan lingkungan Hidup.

1.2 Pernyataan Masalah

Peningkatan polivinil klorida (PVC) berdampak pada peningkatan
produksi vinyl chloride monomer (VCM). VCM dihasilkan dari reaksi
eksotermik. Bahan mentah produksi VCM adalah etilena, klorin dan oksigen di
mana semua bahannya 100% murni. Sebagai reaksi eksotermis, itu akan
memberikan masalah terbesar yakni reaksi runaway pada proses. Selain itu dua
dari bahan baku yakni etilen dan oksigen merupakan bahan mudah terbakar dan
toksik. Dengan demikian, representasi simulasi dinamika konsisten dengan pabrik
yang sebenarnya perlu dikembangkan sebagai tolok ukur untuk insinyur proses
kimia untuk meningkatkan kinerja proses.

1.3 Tujuan Penugasan

Tujuan dari penugasan ini adalah menyelesaikan sebuah simulasi steady
state pada proses vinil klorida

1
 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Proses VCM

HCL Recycle

Oksigen (O2)

Oxychlorination

Ethylene (CH2CH2) Ethylene Dichloride (EDC) EDC Cracking Vinyl Chloride

Direct Chlorination

EDC Recycle

Chlorine (Cl2)

Gambar 2.1 Blok Diagram Proses VCM

Berdasarkan gambar 2.1, proses Vinyl chloride monomer (VCM) atau (CH
2 = CHCL) Terlibat 3 bagian yaitu bagian reaksi, bagian pemisahan dan bagian
pemurnian. Untuk bagian reaksi, proses yang terlibat adalah pemulihan HCl
dengan oksi klorinasi proses dan proses klorinasi langsung. Dalam proses
pemisahan adalah perengkahan termal proses (pirolisis) dan bagian pemurnian
adalah pemurnian VCM. Tiga langkah utama proses dijelaskan secara singkat di
bawah ini:

a. Klorinasi langsung etilen menjadi 1,2 - ethylenedichloride (EDC):

Proses ini dimulai berkembang seiring dengan banyaknya ketersediaan
C2H4 di tahun 50’an. Prosesnya menggunakan klorinasi langsung terhadap
C2H4 untuk menghasilkan suatu bahan intermediet yaitu 1,2 Dichloroethane
yang biasa disebut sebagai Ethylene Dichloride (EDC), diikuti pirolisa
terhadap C2H4Cl2 untuk memproduksi C2H3Cl dengan HCl sebagai produk
samping. Pada tahap klorinasi langsung reaksi dapat berjalan dengan baik
pada fase cair maupun fase gas.

2
 C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2 + 218 kJ / mol

b. Thermal cracking (pirolisis) dari EDC ke VCM:

Proses klorinasi etilen ini menggunakan C2H4 dan perchloroethylene
sebagai bahan baku. Dimana bahan baku direaksikan di dalam reaktor bubble
column pada temperatur 350 – 550 oC tekanan 5 – 20 atm. Secara garis besar
proses klorinasi etilen terdiri dari dua tahap, yaitu tahap reaksi dan tahap
recovery produk.

C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl - 71kJ / mol

c. Pemulihan HCl dan oksiklorinasi etilen menjadi EDC:

Pada proses Oxy-Hydrochlorination, Etilen diklorida dengan rumus
molekul C2H4Cl2 (EDC) diproduksi dengan mereaksikan C2H4, O2, dan HCl.
Reaksi berlangsung eksoterm. Katalis yang sering digunakan pada reaksi ini
biasanya adalah CuCl2, potassium chloride, atau lanthanum chloride. Reaksi
berlangsung pada suhu 200-300 0C. kemudian dilanjutkan dengan proses
cracking C2H4Cl2 pada suhu 500 0C, tekanan 4 atm, pada proses ini dihasilkan
C2H3Cl dengan konversi 55-60%, dan dihasilkan produk samping HCl.

C2H4 + 2HCl + 0.5O2 → C2H4Cl2 + H2O + 238 kJ / mo

Karenanya, proses seimbang yang ideal dapat digambarkan dengan persamaan

keseluruhan:

C2H4 + 0.5Cl2 + 0.25O2 → C2H3Cl + 0.5H2O + 192.5kJ / mol

Tabel 2.1 Perbandingan Proses-proses Pembuatan VCM

Tipe Proses Keuntungan Kerugian
Direct Chlorination Konversi 95%, reaksi Butuh Cl2 dengan kemur-
spontan, tak ada konsumsi nian tinggi, penangan
katalis, tak ada wastewater bahan baku sulit karena
treatment beracun dan berbahaya,
butuh banyak pemisahan,
konsumsi energi besar.

3
 Oxy-hidrochlorination Konversi 98%, HCl hasil Butuh banyak pemisahan,
cracking dapat direcovery impuritis H2O dan
sebagai bahan baku, bahan C2H4Cl2.
baku penunjang (udara)
mudah didapat, penggunaan
katalis sedikit, peralatan
sederhana, tingkat
keamanan tinggi, konsumsi
energi paling kecil.
Klorinasi etilen Peralatan Proses sederhana, Suhu 350 – 550oC
Konversi 85%, tanpa katalis, tekanan 5 – 20 atm,
impuritis tinggi, bahan
baku mahal,konsumsi
energi cukup besar.

2.1.1 Klorinasi Etilen

Reaksi :
C2H4(g) + C2Cl4(g) → C2H3Cl(g) + C2HCl3(g)
C2H4(g) + C2H3Cl3(g) → C2H3Cl(g) + C2H2Cl2(g)
C2H4(g) + C2H2Cl2(g) → 2C2H3Cl(g)

Reaksi Overall :
3C2H4(g) + C2Cl4(g) → 4C2H3Cl(g)
∆Go= 33241,48 Btu/lbmol

C2H3Cl dan perchloroethylene dikombinasikan dengan recycle C2H3Cl dan

recycle perchloroethylene. Campuran dari reaktor didinginkan untuk memisahkan
produk dan reagent yang tidak bereaksi. Gas C2H3Cl yang tidak terkonsumsi di-
recycle ke reaktor. C2H3Cl di-recovery sebagai produk. C2HCl3 dan C2H2Cl2
diambil sebagai by produk atau di-recycle bersama-sama dengan C2Cl4 yang tidak
bereaksi untuk di-recycle ke reaktor. Liquid dari quenching tower dialirkan ke
VCM tower, dimana VCM didistilasi dan di-recovery pada overhead sebagai
produk kotor. Heavier stream dari VCM tower dialirkan ke perc tower. Aliran
bottom perc tower di-recycle kembali ke reaktor. Aliran ini mengandung C2Cl4
yang tidak bereaksi, dan mengandung C2H2Cl2 dan C2HCl3.

2.2 Simulasi Dinamis

Dalam industri VCM, desain ulang dan optimalisasi proses yang ada
diperlukan menghasilkan produk yang berkualitas. Untuk mengatasi masalah

4
tersebut, diperlukan simulasi dinamis semua insinyur serta kelompok operasional
lainnya sangat diinginkan. Dengan menerapkan simulasi dinamika ke dalam
produksi VCM, seluruh pabrik dapat dijelaskan menjadi dinamika model untuk
tujuan mengatasi berbagai masalah abnormal dari proses, dan untuk perbaikan
proses pendukung. Dalam banyak kasus, simulasi adalah bantuan untuk
pengambilan keputusan. Ini juga membantu dalam risiko pengurangan dan
membantu manajemen di tingkat strategis, taktis dan operasional. Ada sebuah
alasan bagi insinyur untuk menggunakan simulasi dinamika ke pabrik nyata.
Tujuan pertama adalah kontrol dan manajemen operasional. Untuk keunggulan ini
simulasi juga dapat memberikan hasil yang efektif dukungan untuk kontrol
manajerial dan manajemen operasional. Simulasi dapat memfasilitasi pelacakan
proyek dan pengawasan karena parameter proyek utama adalah status aktual dan
kemajuan pada produk kerja, konsumsi bahan baku dan lain-lain dapat dimonitor
dan dibandingkan dengan nilai-nilai yang direncanakan dihitung oleh simulasi. Ini
membantu personel tentukan kapan tindakan korektif yang mungkin diperlukan.
Aktivitas utama dukungan keputusan operasional seperti pengkodean dan
pengujian integrasi dapat dimulai dengan menggunakan simulasi. Mengevaluasi
status proyek saat ini menggunakan data proyek tepat waktu dan mempekerjakan
simulasi untuk memprediksi kemungkinan hasil jika tindakan yang diusulkan
memulai integrasi tersebut pengujian dapat diambil atau penundaan dapat
disebabkan oleh personel (Kellner et al, 1999). Lain tujuan adalah peningkatan
proses dan adopsi teknologi dari pabrik organisasi di a berbagai cara. Dalam
pengaturan peningkatan proses, instalasi organisasi sering dihadapkan dengan
banyak saran perbaikan. Keuntungan dari simulasi dinamika adalah simulasi bisa
memberikan keputusan perbaikan proses khusus seperti go / no go pada proposal
spesifik, atau memprioritaskan beberapa proposal dengan memperkirakan dampak
dari proses potensial ubah sebelum mempraktikkannya dalam organisasi
(Nawawi, 2013).
Akhirnya, keuntungan dengan menggunakan simulasi dinamika dalam
proses VCM adalah pelatihan melalui terlibat dalam simulasi dapat membantu
orang untuk menerima ketidakpastian inisial mereka prediksi tentang hasil
tindakan yang diberikan dalam proses. Ada dua tipe orang di mana seseorang

5
memiliki kemampuan untuk memprediksi dari data dan orang tidak memiliki
keterampilan yang baik atau kemampuan yang melekat untuk memprediksi
perilaku sistem dengan loop umpan balik yang kompleks dan / atau ketidakpastian
sebagaimana adanya hadir dalam proses perangkat lunak. Secara keseluruhan,
partisipasi aktif dalam campuran simulasi yang baik dapat memberikan
kesempatan belajar kepada personel yang bisa membandingkan pengalaman dunia
nyata itu hanya dapat diperoleh selama bertahun-tahun di industri (Kellner et al,
1999). Perangkat lunak yang dikembangkan alat mendukung penerapan
pendekatan berbasis model untuk desain, operasi, optimalisasi, dan kontrol proses
polimerisasi. Idealnya, model seperti itu dapat memprediksi kondisi mapan dan
perilaku dinamis dari suatu proses pada berbagai kondisi operasi hingga tingkat
akurasi yang dapat diterima (Krallis et al, 2010).
Untuk reaktor di Aspen Hysys, semua operasi reaktor memiliki dasar yang
sama tampilan properti. Perbedaan utama adalah fungsi dari jenis reaksi (konversi,
kinetik, kesetimbangan, dan katalitik heterogen atau laju sederhana) yang terkait
dengan masing-masing reaktor. Berbeda dengan separator atau reaktor umum
dengan set reaksi terlampir, spesifik operasi reaktor hanya dapat mendukung satu
jenis reaksi tertentu. Misalnya, konversi reaktor hanya akan berfungsi dengan baik
dengan reaksi konversi terpasang. Jika Anda mencoba melampirkan
kesetimbangan atau reaksi kinetik terhadap reaktor konversi, pesan kesalahan
akan muncul. Itu reaktor gibbs adalah unik karena dapat berfungsi dengan atau
tanpa rangkaian reaksi. Konversi reaktor dapat digunakan untuk menghitung
produk reaksi dengan cepat. Konversi yang ditentukan reaktan dijelaskan oleh
suatu persamaan yang dapat menjadi fungsi suhu. Konversi reaktor dapat
digunakan sebagai pengganti reaktor aliran plug dengan banyak reaksi di dalam
sebuah daur ulang untuk menghemat waktu. Perhitungan reaktor aliran plug
aktual akan dilakukan setelah daur ulang terkonvergensi dan kondisinya lebih
difinalisasi. Situasi lain dimana reaktor konversi yang berguna adalah ketika hasil
produk diketahui tetapi kinetika rinci mungkin tidak tersedia. Banyak reaktor
kilang, termasuk hidro, alkilasi, katalitik cracking, coking, dan lainnya dapat
dimodelkan dengan reaktor konversi. (Nawawi, 2013).

6
 5

C-01 E-01 7
P-7
4 C-02
T-03
PF-01

P-01 P-02

Cl2 1
3 17 14 HCL

P-04

15 VC
C2H4 2
8 HE-01 HE-03

C-03
DCR-01 P-05

Kode Nama Alat 11

C-01 Condenser 1 T-01 T-02
C-02 Condenser 2 HE-02 HE-04
10 12
C-03 Condenser 3
C-04
C-04 Condenser 4
Direct Chlorination P-03 P-06
R-01
Reactor
E-01 Evaporator 1
16
HE-01 Heat Exchanger 1
HE-02 Heat Exchanger 2
HE-03 Heat Exchanger 3 P-01 Reactor Pump
HE-04 Heat Exchanger 4 P-02 Quench Tank Pump
PF-01 Pyrolysis Furnace P-03 Pump 3
T-01 HCL Column P-04 HCL Column Pump
T-02 VC Column P-05 VC Column Pump
T-03 Quench Tank P-06 Recycle Pump

Gambar 1 Process Flow Diagram VCM

7
Gambar 2 Simulasi menggunakan Aspen HYSYS