PEMODELAN PROSES PRODUKSI METIL KLORIDA DARI METANOL
DAN ASAM KLORIDA MENGGUNAKAN ASPEN HYSYS
PROCESS MODELING OF METHYL CHLORIDE SYNTHESIS FROM
METHANOL AND HYDROGEN CHLORIDE ASPEN HYSYS
Uzli Fatul Jannah.
Nasrul ZA*.
Meriatna.
Zulnazri.
Rozanna Dewi.
Wiza Ulfa Fibarzi.
Leni Maulinda Universitas Malikussaleh.
Aceh Utara nasrulza@unimal.
ABSTRAK
Metil klorida digunakan sebagai bahan kimia untuk produksi berbagai produk industri yang penting.
Aplikasinya yang luas terus meningkatkan permintaan pasar globalnya.
Untuk memenuhi permintaan pasar global, maka penelitian ini difokuskan untuk mendesain sebuah model simulasi proses produksi metil klorida melalui hidroklorinasi metanol dengan upaya untuk meningkatkan efisien dari segi jumlah peralatan dan energi untuk mendapatkan kemurnian yang standar.
Metode penelitian yang digunakan adalah metode pengembangan.
Penelitian ini dilakukan dengan mensimulasikan pemodelan proses produksi metil klorida dari metanol dan asam klorida menggunakan software aspen hysys V.
Dengan menggunakan kondisi operasi yang sama tetapi memodifikasi platform penelitian untuk mendapatkan kemurnian yang sama, serta mengoptimalkan jumlah peralatan, mengoptimalkan energi untuk mendesain proses produksi untuk dapat mengurangi biaya produksi dan lebih ekonomis untuk pabrik.
Hasil penelitian, model simulasi proses produksi metil klorida yang sudah dimodifikasi flowsheet proses produksinya, simulasi proses produksi metil klorida melaluli hidroklorinasi metanol menggunakan 11 peralatan, analisis energi menggunakan aspen energi analyzer, peluang penghematan utilitas total 74,98% dapat menghemat 3405 kW panas yang tidak termanfaatkan dalam proses, dan hasil kemurnian produk metil klorida 99,33%.
Asumsi dari sisi perspektif ekonomi banyak alat yang terbuang sehingga peluang cost produksi pabrik ini untuk kapital modal dasar pasti rendah.
BEP semakin cepat dan perusahaan semakin cepat mendapatkan balik modal.
Kata Kunci : Efisien.
Flowsheet.
Kemurnian.
Metil Klorida, dan Optimasi
Energi
ABSTRACT
Methyl chloride is employed as a chemical intermediate in the manufacture of various essential industrial products.
Its wide range of applications continues to drive the growth of global market demand.
To address this demand, the present study focuses on designing a process simulation model for methyl chloride production via methanol hydrochlorination, with the objective of improving efficiency in terms of equipment utilization and energy consumption while ensuring the required product purity.
The research methodology adopted is a developmental approach.
The study was carried out by simulating the process of methyl chloride production from methanol and hydrogen chloride using aspen hysys V.
11 software.
Under identical operating conditions, the research framework was modified to achieve comparable purity while optimizing the number of unit operations and minimizing energy requirements, thereby reducing production costs and enhancing economic feasibility for industrial-scale implementation.
The results indicate that the modified process simulation flowsheet for methyl chloride production via methanol hydrochlorination requires 11 unit operations.
Energy analysis conducted using aspen energy analyzer reveals a total utility saving potential of 74.
equivalent to 3405 kW of recoverable heat that would otherwise be wasted in the process.
The final product purity of methyl chloride obtained was 99.
From an economic standpoint, the reduction in redundant equipment translates into lower capital investment, a shorter break-even point (BEP), and a faster return on investment (ROI) for the manufacturing facility.
Kata Kunci : Efficiency.
Flowsheet.
Purity.
Methyl Chloride, and Energy Optimization lebih penting dibandingkan dengan rute klorinasi metana karena metil klorida merupakan produk utama yang penting.
Keuntungan dari proses ini adalah rendahnya biaya reaktan metanol dan kemudahan dalam Kondisi dalam memilih metanol reaktan adalah harus memiliki kemurnian tinggi .
9%) dan hidrogen klorida harus bersih.
Pemilihan reaktan yang sangat murni akan memperpanjang umur katalis aluminium oksida.
Dengan bantuan katalis, reaksi antara CH3OH dan HCl menghasilkan metil klorida.
Metanol dan uap HCl dalam jumlah yang sama direaksikan.
PENDAHULUAN
Metil klorida digunakan untuk bahan kimia produksi berbagai produk industri yang penting.
Aplikasinya meningkatkan permintaan pasar Untuk permintaan pasar gobal, beberapa perusahaan mencoba meningkatkan kapasitas pabrik mereka yang ada dan beberapa akan membangun pabrik yang baru.
Pabrik metil klorida yang ada di Indonesia masih sedikit sedangkan kebutuhan di dalam negeri Indonesia banyak mengimpor metil klorida, dibandingkan ekspornya.
Pendirian pabrik metil klorida diharapkan agar kebutuhan dalam negeri tercukupi dan mengurangi impor dari luar serta meningkatkan Pendirian pabrik ini dapat mendorong perkembangan industri lapangan kerja bagi masyarakat Indonesia serta bahan baku metal klorida ada di Indonesia.
Metil klorida atau nama lainnya klorometana adalah senyawa organik yang memiliki rumus CH3Cl.
Termasuk golongan gas yang tidak berwarna dan berbahaya dengan sifat mudah terbakar.
Produksi metil klorida dapat dilakukan dengan proses klorinasi metana dan proses hidroklorinasi metanol.
Metil klorida dibuat dengan cara mereaksikan metanol dengan asam klorida (Repko dan Lasley, 1.
Menurut Schmidt et al.
, .
, di antara kedua rute tersebut, hidroklorinasi metanol yang paling banyak digunakan di industri.
Dalam beberapa tahun terakhir, rute hidroklorinasi metanol untuk menghasilkan metil klorida menjadi Reaksinya :
CH3OH
CH3Cl
HCl
H2O
Untuk mengetahui suhu operasi terbaik untuk reaktor dan untuk mendapatkan hasil produk yang maksimal, maka dilakukan studi Dalam studi ini, suhu reaktor sebagai variabel bebas dan fraksi masa metil klorida (CH3C.
dalam aliran keluaran reaktor sebagai variabel terikat.
Hasil terbaik menunjukkan bahwa suhu operasi ditemukan antara 280 oC dan 300 oC.
Tren ini sesuai dengan nilai literatur (Rossberg et al.
, 2.
Dari peneletian Vikranth et al.
, penulis melihat aspek ekonomi yang diperlukan cukup besar, jumlah peralatan yang berlebih, prosesnya kurang akurat.
Maka penulis mencoba membuat desain ulang dengan pengurangan jumlah alat yang tidak diperlukan seperti alatalat V-101.
E-100.
V-102.
P-101.
Mix-101.
ADJ-1.
ADJ-2, dan T-101.
Penelitian ini akan berfokus pada optimasi kondisi operasional seperti peralatan, penghematan energi, dan rasio bahan baku untuk mencapai hasil yang optimal dalam hal kualitas metil klorida yang dihasilkan sama dengan penelitian sebelumnya dan efisiensi proses.
Pada penelitian ini penulis menggunakan metode penelitian Metode penelitian pengembangan dipilih karena dengan metode ini masalah, menguji berbagai solusi, dan mengembangkan proses yang baru atau yang sudah ada dengan tujuan mengoptimalkan desain dan operasi pabrik produksi metil klorida dengan mempertimbangkan efisiensi proses, biaya produksi, untuk mencapai kemurnian yang optimal.
Berdasarkan latar belakang di permodelan proses produksi metil klorida dari metanol dan asam klorida menggunakan aspen hysys.
Bahan-bahan Adapun bahan-bahan digunakan dalam penelitian ini Metanol Asam klorida Metode Penelitian Adapun metode penelitian ini terdiri tiga tahapan, tahap yang pertama dalam penelitian ini adalah mereviu penelitian pertama dari penelitian sebelumnya juga terjadi pemborosan penggunaan jumlah peralatan yang berlebih, prosesnya kurang akurat dan masih bias Maka penulis mencoba membuat desain ulang dengan pengurangan jumlah alat yang tidak diperlukan seperti alat-alat V-101.
E100.
V-102.
P-101.
Mix-101.
ADJ-1.
ADJ-2, dan T-101.
Penelitian ini akan berfokus pada optimasi kondisi penghematan energi, dan rasio bahan baku untuk mencapai hasil yang optimal dalam hal kualitas metil klorida yang dihasilkan sama dengan penelitian sebelumnya dan efesiensi Penelitian diimplementasikan dalam desain rekayasa proses.
Pada tahap yang kedua yaitu tahap pembuatan model simulasi proses produksi metil klorida menggunakan aspen hysys ALAT BAHAN DAN METODE Alat-alat Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
Satu buah laptop Lenovo Core Software Aspen Hysys V.
Software Microsoft Word 2016 Plus.
Gambar 1.
Model simulasi pabrik diturunkan kembali suhunya dan dialirkan ke Absorber T-100 untuk memindahkan kelebihan air dan Produk metil klorida dengan kemurnian di atas 99% ditampung dalam aliran CH3Cl.
Pada tahap yang ketiga yaitu Persiapan Running Menjalankan simulasi hingga status pada aspen hysys V.
11 menjadi converged.
Dan melakukan beberapa Uji antara lain:
Kemurian produk metil klorida di atas 99%.
Penguranagan jumlah peralatan yang tidak diperlukan.
Dengan menggunakan perangkat lunak aspen Energy Analyzer dan penghematan energi di seluruh proses dapat diperiksa untuk meningkatkan sistem energi saat ini di fasilitas produksi metil Proses Produksi Metil Klorida Untuk meniru proses yang sebenarnya, pemodelan dilakukan persamaan keadaan Peng-Robinson untuk karakteristik uap, persamaan memiliki tingkat akurasi yang tinggi.
Untuk umpan metanol diasumsikan 110 kgmol/hr, umpan asam klorida diasumsikan 100 kgmol/hr untuk suhu dan tekanan sesuai atmosfer.
Tekanan Stream methanol dinaikkan menjadi 500 kPa menggunakan pompa P-100.
Tekanan Stream HCl menggunakan kompresor K-100.
Aliran 1 dan aliran 2 dipanaskan preheater E-100 dan E-101, diaduk dicampur di mixer MIX-100.
Campuran stream-7 dipanaskan hingga 250oC menggunakan heater E102 dan dialirkan ke CRV-100.
Pada reaktor, kondisi operasi 300 oC 500 kPa.
Keluaran stream-9 dari reaktor diturunkan suhunya menggunakan cooler E-103.
Keluaran stream-11 dikirim ke separator V-100 dimana terjadi pemisahan antara produk (CH3C.
di stream 12, selanjutnya Dari hasil beberapa uji yang di atas jika hasil produk metil klorida sesuai dengan tujuan penelitian ini maka dinyatakan siap desain baru ini lebih baik dari perspektif jumlah peralatan, optimasi energi, kemurnian produk dengan produksi yang lebih Dengan bantuan perangkat lunak aspen hysys dan aspen energy memeriksa potensi penghematan energi di seluruh proses dan meningkatkan sistem energi saat ini di fasilitas produksi metil klorida.
Berdasarkan hasil penelitian simulasi yang dilakukan pada pemodelan proses produksi metil klorida dari metanol dan asam klorida menggunakan aspen hysys v.
maka gambar flowsheet proses produksi metil klorida dapat dilihat di bawah ini.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian menggunakan proses hidroklorinasi metanol untuk produksi metil klorida dengan menggunakan software aspen hysys V.
Hasil penelitian ini berupa modifikasi platform penelitian sebelumnya proses produksi metil klorida dengan membuat platform yang baru proses produksi metil klorida yang lebih sederhana peralatannya dan efisien dari segi energi dengan mempertimbangkan hasil kemurnian produknya sama Gambar 2.
Flowsheet Proses Produksi Desain Metil Klorida Hasil dari penelilian pada jurnal sebelumnya penulis melihat aspek ekonomi yang diperlukan cukup besar, jumlah peralatan yang berlebih.
Maka penulis mencoba membuat desain ulang dengan pengurangan jumlah alat yang tidak diperlukan pada pemurnian keduanya seperti alat-alat V-101.
E-100.
V-102.
P-101.
Mix-101.
ADJ-1.
ADJ-2, dan T-101.
Asumsi dari sisi perspekstif ekonomi banyak alat yang terbuang sehingga peluang cost produksi pabrik ini untuk kapital modal dasar pasti rendah.
BEP semakin cepat dan Kemungkinan juga depresiasi alat semakin tinggi karena tekanan dan temperatur operasi yang rendah sehingga peralatan dapat digunakan dalam jangka waktu yang lebih lama.
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan dan dimodifikasi, pengamatan hasil kemurnian metil klorida dari methanol dan asam klorida dapat dilihat pada Tabel di bawah:
Tabel 1.
Hasil Kemurnian Produk Metil Klorida Yang Telah Dimodifikasi Flowsheet Proses Produksinya Mole Fractions Vapor Phase
Metanol
HCl
Metil Klorida
H2O
Hasil kemurnian metil klorida dari metanol dan asam klorida menggunakan proses hidroklorinasi metanol mendapatkan produk murni 99,33%.
Menurut mendapatkan produk murni 99,9% (Yandrapu et al.
, 2.
Menurut Qu Zhoi Ruitong minimal kemurnian metil klorida 99,5%.
Model mempresentasikan perilaku proses secara real-time.
Untuk memenuhi persyaratan ini, analisis sensivitas dilakukan dengan menguji parameter kinerja utama proses dan trennya dengan nilai literatur.
Dalam analisis sensivitas, sensivitas antara satu set variabel independen dan dependen Studi ini berguna untuk memprediksi kondisi operasi yang lebih baik untuk menjalankan proses dengan aman dan efektif (Yandrapu, et al.
, 2.
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan sebelumnya dan yang sudah dimodifikasi, maka data produksi metil klorida yang sudah dioptimasi energinya dapat dilihat pada Gambar 3 Gambar 3.
Pemodelan Proses Produksi Metil Klorida yang Sudah Dioptimasi Energinya Menggunakan Hysys V.
11, 2023
Dari gambar di atas modifikasi proses yang disarankan untuk penggunaan energi yang efektif.
sebuah penukar panas baru ditambahkan ke jaringan penukar panas kasus dasar dan desain retrofit di atas.
Penukar panas shell and tube baru E-102 ditambahkan antara mixer (MIX-.
dan heater (E-.
Aliran outlet campuran 7 dari mixer (MIX-.
dihubungkan sebagai aliran masuk ke tube out, aliran outlet reaktor (CRV-.
masuk ke sisi shell inlet, aliran 8 keluaran dari tube inlekt dipanaskan Kembali menngunakan heater dan masuk ke reaktor, dan aliran 12 dari shell outlet telah terjadi pertukaran panas sehinnga mengurangi beban kerja heater e-102 dan coller e-103.
Dan dengan menambahkan alat penukar panas pada proses produksi metil klorida tersebut, maka dapat meningkatkan potensi penghematan utilitas total hingga 74,98% dan dapat menghemat 3405 kW panas yang tidak termanfaatkan dalam proses .
Optimasi konsumen energi dari proses dapat dievaluasi dengan menggunakan aspen hysys analyzer.
Aspen hysys analyzer merupakan perangkat lunak manajemen energi untuk mendapatkan desain jaringan penukar panas yang optimal dan meminimalkan kebutuhan energi proses (Aspentech, 2.
Berikut Gambar diagram hasil menganalisis potensi penghematan energi pada keseluruhan proses dengan bantuan perangkat lunak aspen hysys dan aspen energy Pada diagram batang berwarna orange ditunjukkan bagian utilitas pemanas, pada diagram batang berwarna biru utilitas pendingin, dan pada diagram batang berwarna ungu total keseluruhan utilitas.
Actual Actual Target .
Target .
Actual Target .
Gambar 4.
Diagram Batang Hasil Optimasi Energi Pada Utilitas Menggunakan Aspen Energy Analyzer 2023 Tabel 2.
Ringkasan Gambar Diagram Batang Hasil Optimasi Energi Pada Utilitas Menggunakan Aspen Energy Analyzer Property Actual .
W) Target .
W) Total Utilities Heating Utilities Cooling Utilities Dari tabel di atas dapat disimpulkan, potensi penghematan energi, terlihat bahwa total beban utilitas actual yang dibutuhkan adalah 4.
541 kW dan 137 kW adalah beban utilitas target.
Selisih beban adalah 3.
404 kW.
Selisih kemungkinan penghematan energi dari total utilitas, ini menafsirkan 74,98% dari total utilitas yang Total penghematan aktual pada utilitas pemanas adalah 98,38%, potensi penghematan aktual pada utilitas pendingin adalah 60,57%.
Menurut literatur penghematan utilitas dapat mempengaruhi efisiensi produksi pada pabrik dengan cara mengurangi konsumsi energi, biaya operasional, dan sumber daya yang mengoptimalkan proses produksi dan penggunaan teknologi yang sesuai penghematan utilitas dapat dicapai dengan mengoptimalkan aliran bahan baku dan produk, menggunakan mempertimbangkan faktor ekonomi dalam menempatkan alat-alat proses pada pabrik.
Dengan demikian, penghematan utilitas dapat membantu meningkatkan efisiensi produksi pada pabrik dengan mengurangi biaya penggunaan sumber daya yang efisien dan efektif.
Evailable saving.
W) Actual (%) 74,98 98,38 60,57 KESIMPULAN Adapun diperoleh dari hasil penelitian ini dilakukan perbandingan simulasi pemodelan proses produksi metil klorida menggunakan aspen hysys flowsheet dari penelitan sebelumnya, dengan menyederhanakan jumlah peralatan, mengoptimasi jumlah energi yang dibutuhkan, dan mencapai kemurnian yang sama Dengan menambahkan alat penukar panas pada proses produksi metil klorida tersebut, maka dapat meningkatkan potensi penghematan utilitas total hingga 74,98% dan dapat menghemat 3405 kW panas yang tidak termanfaatkan dalam proses.
Hasil kemurnian produk metil klorida adalah 99,33%.
Dengan pengurangan jumlah alat yang tidak diperlukan pada jurnal sebelumnya.
Asumsi dari sisi perspekstif ekonomi banyak alat yang terbuang sehingga peluang cost produksi pabrik ini untuk kapital modal dasar pasti rendah.
BEP semakin cepat dan perusahaan semakin cepat mendapatkan balik Kemungkinan juga depresiasi alat semakin tinggi karna tekanan dan temperatur operasi yang rendah sehingga peralatan dapat digunakan dalam jangka waktu yang lebih lama.
doi:10.
2516/ogst/2019048.
Rev.
dAoIFP Energies Nouvelles.
Perry.
Robert H.
, and Don W.
Green.
PerryAos Chemical EngineersAo Handbook Edition.
McGraw Hill: New York.
Putra Yudi dkk.
, 2014.
Pengaruh Pencampuran Premium Dan Metanol Terhadap Emisi Gas Buang Sepeda Motor Vario Techno PGM-FI.
Jurusan Teknik Otomotif FT-UNP.
Rossberg.
Lendle.
Pfleiderer, .
Togel.
Torkelson.
Beutel.
Chloromethanes.
In: UllmannAos Encyclopedia of Industrial Chemistry.
Wiley.
New York, 15Ae42.
https://doi:10.
1002/14356007.
06_233.
Schmidt.
Kumar.
Reinsdorf, .
Eranen.
Warna.
Murzin.
Salmi.
, 2013.
Methyl chloride synthesis over Al2O3 reactorthermodynamics, kinetics and mass transfer.
Chem.
Eng.
Sci.
232Ae245.
https://doi:10.
1016/j.
Spevak L.
Nadj V & Felle D .
Methyl chloride poisoning in four members of a family.
Br.
Industr.
Med Yandrapu.
, & Kanidarapu.
Process design for energy efficient, economically feasible, environmentally safe methyl chloride production process plant: Chlorination of methane route.
In Process Safety and Environmental Protection (Vol.
DAFTAR PUSTAKA