KONSEPSI PRARANCANGAN
3.8. Deskripsi Proses
BAB III KONSEP PRARANCANGAN
21
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat menggunakan Proses Uhde dengan Kapasitas 200.000 ton/tahun
BAB III
KONSEPSI PRARANCANGAN
3.8. Deskripsi Proses
Proses pembuatan amonium nitrat dengan proses uhde dapat dibagi menjadi 4 tahap, yaitu tahap persiapan bahan baku, tahap pembentukan produk, tahap pemurnian produk dan tahap pembutiran produk.
3.1.5 Tahap persiapan bahan baku
Pada tahap ini terdiri atas pengumpanan amonia dan pengumpanan asam nitrat.
a. Pengumpanan Amonia
Amonia yang berwujud cair jenuh dengan kemurnian 99,5% berat disimpan pada kondisi suhu 30oC dan tekanan 11,5 atm di dalam Tangki penyimpanan amonia (T-01). Dari tangki penyimpanan, amonia tersebut dialirkan dengan menggunakan Pompa (P-01) menuju Vaporizer (V-01) untuk diubah fasenya dari cair jenuh menjadi fase gas. Didalam Vaporizer sekaligus dilakukan pemanasan lanjutan sehingga gas amonia yang keluar dari Vaporizer (V-01) pada kondisi suhu 175oC dan tekanan 11,5 atm. Gas amonia kemudian dialirkan menuju Reaktor (R-01) yang beroperasi pada kondisi suhu 175oC dan tekanan 4,4 atm.
b. Pengumpanan Asam nitrat
Asam nitrat yang berwujud cair dengan kemurnian 60% berat disimpan dalam Tangki penyimpanan (T-02) pada kondisi suhu 30oC dan tekanan 1 atm. Dari tangki penyimpanan asam nitrat dialirkan dengan Pompa sentrifugal (P-02) menuju ke Heat Exchanger (HE-01) hingga suhu mencapai 175oC, kemudian asam nitrat siap diumpankan ke dalam Reaktor (R-01).
BAB III KONSEP PRARANCANGAN
22
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat menggunakan Proses Uhde dengan Kapasitas 200.000 ton/tahun
3.1.6 Tahap Pembentukan Produk
Tahap pembentukan produk ini bertujuan untuk mereaksikan amonia dan asam nitrat membentuk amonium nitrat.
Amonia dari Vaporized (V-01) pada kondisi suhu 175oC dan tekanan 11,5 atm didistribusikan dari bagian bawah reaktor melalui perforated plate sehingga terbentuk gelembung-gelembung gas amonia. Sedangkan asam nitrat cair dari Heat Exchanger (HE-01) pada kondisi suhu 175oC dan tekanan 5 atm dimasukkan ke dalam reaktor melaui bagian atas reaktor.
Reaktan tersebut direaksikan pada Reaktor (R-01) tipe Bubbling Reaktor (isothermal, non-adiabatic) yang dilengkapi jaket pendingin dimana sebagai media pendinginnya adalah air yang masuk pada kondisi suhu 30oC dan keluar dari jaket pendingin pada kondisi suhu 45oC pada tekanan 1 atm.
Reaktor beroperasi pada kondisi suhu 175oC dan tekanan 4,4 atm dengan perbandingan mol asam nitrat dan amonia adalah 1: 1,01 serta konversi 99% amonia. Reaksi yang terjadi di dalam reaktor adalah sebagai berikut:
HNO3(l) + NH3(g) NH4NO3(aq) ∆H = -26,790 kkal/kmol Reaksi tersebut berlangsung secara eksotermis. Hal ini dapat dilihat dari harga ∆H yang bernilai negatif. Pendingin air dimaksudkan untuk mempertahankan kondisi operasi di reaktor pada suhu 175oC dan tekanan 4,4 atm, karena sifat reaksi eksotermis yang melepaskan panas dapat menyebabkan dekomposisi amonium nitrat. Dalam hal ini asam nitrat habis bereaksi, sedangkan sisa amonia yang tidak bereaksi dikeluarkan pada bagian atas reaktor menuju ke atmosfer bebas.
Produk keluaran dari bawah reaktor berupa lelehan amonium nitrat dengan konsentrasi 80%. Lelehan amonium nitrat dialirkan menuju Mixing Tank (M-01) untuk dicampurkan dengan amonium nitrat yang sudah berbentuk prill hasil recycle dari off spec Screening (S-01) pada kondisi suhu 35oC dan tekanan 1 atm. Agar pencampuran sempurna, mixing tank dilengkapi dengan pengaduk jenis
BAB III KONSEP PRARANCANGAN
23
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat menggunakan Proses Uhde dengan Kapasitas 200.000 ton/tahun
turbin. Keluar mixing tank, amonium nitrat berbentuk lelehan pada kondisi suhu 170,55oC.
3.1.7 Tahap Pemurnian Produk
Tahap ini bertujuan untuk memekatkan produk amonium nitrat yang keluar dari Reaktor dengan menggunakan Evaporator I 01) dan Evaporator II (EV-02). Produk keluar dari reaktor terpisah menjadi dua produk, yaitu sisa reaktan yang berupa uap amonia dan produk lelehan amonium nitrat dan air. Uap dari Reaktor (R-01) yang terdiri dari campuran amonia dan air pada kondisi suhu 175oC dan tekanan 4,4 atm dialirkan ke utility. Sedangkan produk lelehan amonium nitrat dan air yang keluar dari bagian bawah reaktor dialirkan dengan pompa (P-03) menuju Evaporator I (EV-01) untuk dipekatkan hingga konsentrasi 85%. Temperatur titik didih larutan pada evaporator I (EV-01) adalah 172,26oC dan tekanan 5,7 atm. Uap air hasil atas Evaporator I digunakan sebagai pemanas Evaporator II.
Hasil dari Evaporator I yang berupa lelehan amonium nitrat dialirkan dengan pompa (P-04) untuk dipekatkan kembali hingga konsentrasi mencapai 95% dengan menggunakan Evaporator II (EV-02). Temperatur titik didih larutan pada evaporator II(EV-02) adalah 108,2 oC dan tekanan 0,6 atm. Selanjutnya lelehan amonium nitrat dengan konsentrasi 95% dialirkan menuju Prilling Tower (PT-01) untuk dibentuk menjadi prill.
3.1.8 Tahap Pembutiran Produk
Tahap pembutiran produk ini bertujuan untuk membentuk butiran prill Amonium nitrat dengan bantuan udara yang dihembuskan dari bawah Prilling Tower (PT-01).
Lelehan amonium nitrat yang keluar dari evaporator II (EV-02) diumpankan ke bagian atas Prilling Tower (PT-01). Didalam Prilling Tower ini, umpan lelehan amonium nitrat didistribusikan secara merata oleh sparger hingga terbentuk tetes-tetes yang kemudian jatuh ke bawah. Tetes-tetes-tetes ini akan terbentuk prill dengan
BAB III KONSEP PRARANCANGAN
24
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat menggunakan Proses Uhde dengan Kapasitas 200.000 ton/tahun
bantuan udara yang dihembuskan dari bagian bawah Prilling Tower dengan menggunakan Blower (BL-01). Udara yang dihasilkan Blower berasal dari udara luar yang masih dalam kondisi basah, sehingga dikurangi humiditinya dengan dilewatkan ke silica bed yang terlebih dahulu dilewatkan ke dust collector untuk dipisahkan debu kotornya.
Prill amonium nitrat terbentuk pada kondisi suhu kristal point 84,2oC dan tekanan 1 atm keluar menuju ke Cooling Drum (C-01) untuk didinginkan menjadi 40oC. Setelah dingin, kemudian prill amonium nitrat diangkut dengan menggunakan Bucket Elevator (BE-01) menuju Screening (S-01) untuk mengayak produk prill amonium nitrat sehingga diperoleh prill yang memenuhi spesifikasi produk.
Di Screening, umpan Amonium nitrat prill disaring hingga diperoleh ukuran produk yang diinginkan yaitu ±2 mm, sedangkan produk yang tidak memenuhi spesifikasi pada kondisi suhu 35oC direcycle kembali menggunakan Belt Conveyor (BC-01) menuju ke Mixing Tank (M-01) untuk dicampur dengan lelehan ammonium nitrat yang keluar dari Reaktor (R-01).
Prill Amonium nitrat yang memenuhi spesifikasi produk pada suhu 35oC, dilapisi dengan cairan Ca3(PO4)2 (Tri Kalsium Phospat) yang diumpankan dari Coating Hopper (CH-01) di dalam Coating drum (CD-01). Proses pelapisan ini bertujuan untuk menjaga agar tidak terjadi caking atau menempelnya prill amonium nitrat satu dengan yang lain. Selain itu untuk menjaga prill tetap kering dan tidak kontak langsung dengan udara, karena sifat amonium nitrat yang higroskopis.
Produk amonium nitrat yang keluar dari Coating Drum mempunyai kemurnian 99,5% berat. Kemudian produk amonium nitrat ditransfer menuju Product Silo (SL-01). Product Silo disini dimaksudkan untuk menampung sementara produk amonium nitrat sebelum di bagging. Product Silo berada di atas Warehouse untuk memudahkan proses bagging. Suhu operasi Product Silo berkisar 30-35oC dan tekanan 1 atm.
BAB III KONSEP PRARANCANGAN
25
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat menggunakan Proses Uhde dengan Kapasitas 200.000 ton/tahun
Produk amonium nitrat dari Product Silo kemudian di bagging dalam zak untuk menjaga agar produk amonium nitrat tidak kontak langsung dengan udara. Selanjutnya produk amonium nitrat disimpan di dalam Warehouse dan siap untuk dipasarkan.
BAB III KONSEP PRARANCANGAN
26
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat menggunakan Proses Uhde dengan Kapasitas 200.000 ton/tahun
3.9. Neraca Massa dan Neraca Panas