PRA RANCANGAN
PABRIK PEMBUATAN ETILEN OKSIDA
DENGAN KATALIS PERAK
KAPASITAS 3.600 TON/TAHUN
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia
Oleh:
YENNY
NIM : 030405024
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas
berkat dan rahmatNya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:
PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN ETILEN OKSIDA DENGAN KATALIS PERAK
KAPASITAS 3.600 TON/TAHUN
Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan merupakan
salah satu syarat untuk mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan tugas akhir ini penulis banyak menerima bantuan,
bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Indra Surya, MSc., Ketua Jurusan Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
2. Ibu Maya Sarah, ST. MT., Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Dr.Eng Ir. Irvan, M.Si, Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu Dr. Ir. Fatimah, M.T., selaku dosen pembimbing dalam penyusunan tugas
akhir ini.
5. Ibu Erni Misran, ST. MT, selaku co-dosen pembimbing dalam penyusunan
6. Bapak dan Ibu dosen serta pegawai Program Studi Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
7. Orangtua dan Saudara Penulis, yang telah banyak memberikan dukungan
moril dan materil kepada penulis.
8. Agustinus Roy Mercu atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini.
9. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia, Effendy, Antonius Natawijaya,
Bartholomeus, Rahmayani Siregar, Chandra P. Hutabarat, Berlian, Edi Sinaga,
dan teman-teman mahasiswa/i Teknik Kimia, khususnya stambuk 2003 yang
memberikan banyak dukungan kepada penulis.
10.Senior-senior di Teknik Kimia, khususnya Harisyah Putra, Eddy Subrata,
Khaidir, dan Juliani Sucia atas pinjaman buku dan arahan selama menyusun
tugas akhir ini.
11.Junior-junior di Teknik Kimia, khususnya Arifin Suden, Andrikhe, Elisa, dan
Fandi Willim, yang telah banyak membantu selama penyusunan tugas akhir
ini.
Medan, Oktober 2007
Penulis,
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
INTISARI... iii
DAFTAR ISI... iv
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL... vii
BAB I PENDAHULUAN ...I-1
1.1 Latar Belakang ...I-1
1.2 Perumusan Masalah ...I-2
1.3 Tujuan Perancangan ...I-2
1.4 Manfaat ...I-2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... II-1
2.1 Etilen Oksida... II-1
2.2 Sifat-sifat Etilen Oksida ... II-2
2.3 Kegunaan Etilen Oksida... II-3
2.4 Sifat-sifat Bahan Baku dan Produk ... II-3
2.5 Deskripsi Proses ... II-6
BAB III NERACA MASSA ... III-1
BAB IV NERACA PANAS ...IV-1
BAB V SPESIFIKASI PERALATAN... V-1
BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ...VI-1
6.1 Instrumentasi ...VI-1
6.2 Keselamatan Kerja ...VI-5
6.3 Keselamatan Kerja Pra Rancangan Pabrik Pembuatan
Etilen Oksida...VI-5
BAB VII UTILITAS... VII-1
7.1 Kebutuhan Uap (Steam)... VII-1
7.2 Kebutuhan Air... VII-2
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia ... VII-12
7.4 Kebutuhan Listrik ... VII-12
7.6 Unit Pengolahan Limbah ... VII-14
7.7 Spesifikasi Peralatan Utilitas ... VII-17
BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... VIII-1
8.1 Lokasi Pabrik ... VIII-1
8.2 Tata Letak Pabrik ... VIII-3
8.3 Perincian Luas Tanah... VIII-4
BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN...IX-1
9.1 Organisasi Perusahaan ...IX-1
9.2 Manajemen Perusahaan...IX-3
9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ...IX-4
9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab ...IX-6
9.5 Sistem Kerja ...IX-8
9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan ...IX-9
9.7 Sistem Penggajian ...IX-11
9.8 Fasilitas Tenaga Kerja...IX-12
BAB X ANALISA EKONOMI ... X-1
10.1 Modal Investasi ... X-1
10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/Total Cost (TC) ... X-4
10.3 Total Penjualan (Total Sales) ... X-5
10.4 Bonus Perusahaan ... X-5
10.5 Perkiraan Rugi/Laba Usaha ... X-5
10.6 Analisa Aspek Ekonomi... X-5
BAB XI KESIMPULAN ...XI-1
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur Etilen Oksida... II-1
Gambar 6.1 Instrumentasi pada Alat...VI-4
Gambar 7.1 Flowdiagram Unit Pengolahan Limbah ... VII-15
Gambar 8.1 Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida . VIII-5
Gambar 9.1 Bagan Struktur Organisasi Perusahaan Pabrik Pembuatan
Etilen Oksida...IX-13
Gambar LA.1 Diagram Alir Overall Pembuatan Etilen Oksida ...LA-2
Gambar LD.1 Sketsa Sebagian Bar Screen (tampak atas) ...LD-2
Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling
Tower (CT)...LD-62
Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*–Hy) ...LD-63
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan
Tangki Pelarutan ... LE-5
Gambar LE.2 Harga Peralatan untuk Kolom Distilasi. Harga Tidak Termasuk
Trays, Packing, atau Sambungan ... LE-6
Gambar LE.3 Harga Tiap Tray dalam Kolom Distilasi. Harga Termasuk Tanggul,
Permukaan Saluran Limpah, Saluran Uap dan Bagian Struktur
Lainnya... LE-7
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Neraca Massa Mixing Point I (M-101) ... III-1
Tabel 3.2 Neraca Massa Mixing Point II (M-201) ... III-1
Tabel 3.3 Neraca Massa Reaktor I (R-201)... III-2
Tabel 3.4 Neraca Massa Absorber I (T-201) ... III-2
Tabel 3.5 Neraca Massa Reaktor II (R-202) ... III-2
Tabel 3.6 Neraca Massa Absorber II (T-202) ... III-3
Tabel 3.7 Neraca Massa Splitter I (SP-201)... III-3
Tabel 3.8 Neraca Massa Mixing Point III (M-301)... III-4
Tabel 3.9 Neraca Massa Kolom Distilasi (T-301) ... III-4
Tabel 3.10 Neraca Massa Splitter II (SP-301) ... III-4
Tabel 3.11 Neraca Massa Reflux Drum (D-301) ... III-5
Tabel 3.12 Neraca Massa Kondensor (E-302) ... III-5
Tabel 3.13 Neraca Massa Reboiler (E-303) ... III-5
Tabel 4.1 Neraca Panas Heater 1 (E-101)...IV-1
Tabel 4.2 Neraca Panas Cooler 1 (E-102)...IV-1
Tabel 4.3 Neraca Panas Cooler 2 (E-102)...IV-1
Tabel 4.4 Neraca Panas Heater 2 (E-201)...IV-2
Tabel 4.5 Neraca Panas Reaktor 1 (R-201)...IV-2
Tabel 4.6 Neraca Panas Cooler 3 (E-202)...IV-2
Tabel 4.7 Neraca Panas Heater 2 (E-203)...IV-2
Tabel 4.8 Neraca Panas Reaktor 2 (R-202)...IV-3
Tabel 4.9 Neraca Panas Cooler 4 (E-204)...IV-3
Tabel 4.10 Neraca Panas Cooler 5 (E-301)...IV-3
Tabel 4.11 Neraca Panas Kondensor (E-302) ...IV-3
Tabel 4.12 Neraca Panas Reboiler (E-303)...IV-4
Tabel 6.1 Daftar Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen
Oksida ...VI-4
Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Sebagai Media Pemanas ... VII-1
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat ... VII-2
Tabel 7.4 Pemakaian Air Untuk Kebutuhan Domestik... VII-4
Tabel 7.5 Kualitas Air Sungai Rokan, Riau ... VII-5
Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah... VIII-4
Tabel 9.1 Jadwal Kerja Karyawan Shift...IX-9
Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ...IX-9
Tabel 9.3 Perincian Gaji Karyawan ...IX-11
Tabel LB.1 Kapasitas Panas Gas, Cpg = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 [J/mol K]...LB-1
Tabel LB.2 Kapasitas Panas Liquid, Cpl = a + bT + cT2 + dT3 [J/mol K]...LB-1
Tabel LB.3 Panas Laten [J/mol]...LB-1
Tabel LB.4 Panas Reaksi Pembentukan [kkal/mol]...LB-1
Tabel LB.5 Data Tekanan Uap Antoine: ln P (kPa) = A – (B/(T+C)) ...LB-2
Tabel LB.6 Data Air Pemanas dan Air Pendingin yang Digunakan ...LB-2
Tabel LB.7 Panas Masuk Heater 1 (E-201) ...LB-2
Tabel LB.8 Panas Keluar Heater 1 (E-101) ...LB-2
Tabel LB.9 Panas Masuk Cooler 1 (E-102) ...LB-3
Tabel LB.10 Panas Keluar Cooler 1 (E-102)...LB-3
Tabel LB.11 Panas Masuk Cooler 2 (E-103)...LB-4
Tabel LB.12 Panas Keluar Cooler 2 (E-103)...LB-4
Tabel LB.13 Panas Masuk Heater 2 (E-201)...LB-5
Tabel LB.14 Panas Keluar Heater 2 (E-201)...LB-6
Tabel LB.15 Panas Keluar Reaktor 1 (R-201) ...LB-7
Tabel LB.16 Panas Keluar Cooler 3 (E-202)...LB-8
Tabel LB.17 Panas Masuk Heater 3 (E-203)...LB-9
Tabel LB.18 Panas Keluar Heater 3 (E-203)...LB-10
Tabel LB.19 Panas Keluar Reaktor 2 (R-202) ...LB-11
Tabel LB.20 Panas Keluar Cooler 4 (E-204)...LB-12
Tabel LB.21 Panas Masuk Cooler 5 (E-301)...LB-13
Tabel LB.22 Panas Keluar Cooler 5 (E-301)...LB-14
Tabel LB.23 Titik Didih Umpan Pada Bagian Atas Kolom Distilasi ...LB-15
Tabel LB.24 Dew Point Kondensor ...LB-15
Tabel LB.25 Panas Masuk Kondensor (E-302) ...LB-16
Tabel LB.27 Bubble Point Kondensor (E-302) ...LB-17
Tabel LB.28 Panas Masuk Reboiler (E-303) ...LB-17
Tabel LB.29 Panas Keluar Vb (alur 25) Reboiler (E-303) ...LB-18
Tabel LB.30 Panas Keluar B (alur 26) Reboiler (E-303)...LB-18
Tabel LC.1 Densitas Campuran Gas Alur 10...LC-45
Tabel LC.2 BM Rata-Rata Gas Alur 10 ...LC-46
Tabel LC.3 Densitas Campuran Gas Alur 13...LC-51
Tabel LC.4 Viskositas Campuran Gas Alur 13...LC-51
Tabel LC.5 Densitas Campuran Gas Alur 16...LC-71
Tabel LC.6 BM Rata-rata Campuran Gas Alur 16...LC-71
Tabel LC.7 Densitas Campuran Gas Alur 18...LC-76
Tabel LC.8 Viskositas Campuran Gas Alur 18...LC-76
Tabel LC.9 Densitas Campuran Gas Alur 23...LC-87
Tabel LC.10 Viskositas Campuran Gas Alur 23...LC-87
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya... LE-1
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift... LE-3
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses... LE-8
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah... LE-9
Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi... LE-12
Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ... LE-15
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas ... LE-17
Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ... LE-18
Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No.17
Tahun 2000 ... LE-19
Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No.17 Tahun 2000 LE-20
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Etilen (CH2 = CH2) merupakan hidrokarbon olefin yang paling sederhana
dan bahan baku yang penting dalam industri kimia. Etilen dihasilkan dari minyak
bumi dan gas alam, namun bahan baku etilen industri biasanya diperoleh dari
cracking hidrokarbon rantai panjang. Etilen adalah senyawa organik yang
diproduksi dalam skala besar. Produksi global etilen pada tahun 2005 melampaui
75 juta metrik ton (Wikipedia, 2007).
Produksi etilen di Indonesia didominasi oleh PT Chandra Asih, yang
merupakan salah satu pabrik petrokimia terbesar di Indonesia. Kapasitas produksi
total PT Chandra Asih mencapai 550 ribu ton per tahun. Dari kapasitas sebesar
itu, PT Chandra Asih mengekspor sekitar 20%, dan memasok kebutuhan dalam
negeri sebesar 300 ribu ton per tahun. Pada saat ini, PT Chandra Asih sedang
melakukan perluasan usaha untuk meningkatkan produksi etilen dari kapasitas
saat ini sekitar 520-550 ribu ton per tahun menjadi 590 ribu ton per tahun (Siregar,
2007).
Kebutuhan kedua terbesar dari etilen oksida, mencakup 9% total konsumsi etilen oksida (Devanney, 2007), adalah dalam produksi surfaktan, terutama alkilfenol etoksilat nonionik (APE) dan deterjen alkohol etoksilat (AE). AE adalah senyawa alkohol etoksilat gugus linier yang dapat diuraikan (biodegradable) dan banyak digunakan dalam produksi deterjen rumah tangga. APE digunakan sebagai surfaktan anionik atau bahan intermediet untuk memproduksi deterjen rumah tangga dan sabun cuci piring.
Berdasarkan riset yang dilakukan oleh Merchant Research & Consulting Ltd pada tahun 2007 di Inggris, diperoleh informasi bahwa permintaan etilen glikol dan etilen oksida di negara-negara Asia akan meningkat pada tiga tahun mendatang. Menurut para ahli, permintaan etilen glikol dunia meningkat sejak tahun 2004, yang menyebabkan peningkatan harga pasar. Namun, peningkatan permintaan hanya diikuti peningkatan kapasitas produksi sebesar 2,6% ( demikian diperlukan fasilitas-fasilitas baru yang dapat memasok kebutuhan pasar yang semakin meningkat terhadap etilen glikol dan etilen oksida di masa yang akan datang.
1.2 Perumusan Masalah
Mengingat besarnya permintaan global dan kegunaan etilen oksida yang meliputi berbagai bidang industri, mendorong untuk dibuat suatu perancangan pabrik pembuatan etilen oksida dari bahan baku etilen dan oksigen.
1.3 Tujuan Perancangan
Tujuan perancangan ini adalah untuk menerapkan disiplin ilmu Teknik Kimia, khususnya di bidang perancangan, proses, dan operasi teknik kimia, sehingga memberikan gambaran kelayakan Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida.
1.4 Manfaat
PET, dehidrasi gas, plasticizer, kosmetik, surfaktan, detergen, pelarut, serta bahan-bahan kimia lainnya. Kapasitas produksi direncanakan 3.600 ton per tahun dengan kelebihan produksi direncanakan untuk diekspor.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Etilen Oksida
Pada tahun 1859, seorang ilmuwan Perancis, Charles-Adolphe Wurtz, menemukan etilen oksida dengan mereaksikan 2-kloroetanol dengan senyawa basa. Penemuan tersebut merupakan keberhasilan penting pada masa Perang Dunia I karena penemuan tersebut menjadi pelopor dari senyawa kimia etilen glikol dan senjata kimia gas beracun (mustard gas). Pada tahun 1931, seorang ilmuwan Perancis lainnya menemukan cara menghasilkan etilen oksida secara langsung dengan mereaksikan etilen dan oksigen menggunakan katalis perak. Metoda ini kemudian digunakan untuk memproduksi etilen oksida dalam skala industri, 2007).
Etilen oksida merupakan gas tak berwarna, sangat reaktif, dan mudah terbakar pada temperatur ruangan. Nama lain senyawa ini adalah epoksietana, oxirane, dan dimetilenoksida. Tingginya kereaktifan etilen oksida disebabkan ikatan antara atom dalam molekul etilen oksida dipaksa menjadi sangat dekat. Sudut antar ikatan atom karbon dalam senyawa etilen oksida adalah 60o dibandingkan dengan sudut antar ikatan atom karbon tunggal yaitu 109,5o (Clark, 2003), seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 2.1 Struktur Etilen Oksida
Etilen oksida diproduksi dengan proses oksidasi langsung gas etilen dengan udara atau oksigen. Etilen oksida dapat bereaksi langsung dengan berbagai zat kimia sehingga etilen oksida dimanfaatkan sebagai bahan antara penting dalam produksi berbagai produk turunan yang penting (Shell Chemicals Limited, 2006).
Etilen oksida merupakan zat kimia komoditas utama yang diproduksi di seluruh dunia. Etilen oksida diproduksi dengan proses oksidasi katalitik
etilen dengan katalis perak. Banyak metoda lain yang telah diajukan untuk memproduksi etilen oksida namun tidak ada metoda lain yang diterapkan
dalam skala industri selain metoda ini (
mengoksidasi etilen dan etilen oksida menjadi karbon dioksida dan uap air. Reaksi yang berlangsung yaitu:
C2H4 + ½ O2 C2H4O
(1)
etilen oksigen etilen oksida
C2H4 + 3 O2 2 CO2 + 2 H2O
(2)
etilen oksigen karbon dioksida uap air
Etilen oksida menimbulkan efek beracun bila dihirup. Gejala-gejala yang timbul akibat menghirup terlalu banyak gas etilen oksida antara lain pusing, kejang-kejang (mendadak), dan koma. Gas ini juga mengiritasi kulit dan menghirup uap etilen oksida dapat menyebabkan paru-paru terisi dengan cairan selama beberapa jam.
Etilen oksida biasanya disimpan sebagai cairan. Pada suhu dan tekanan ruangan, etilen oksida menguap dengan cepat, dan berpotensi mengakibatkan kebas dan pembekuan jaringan kulit (frostbite). Hewan percobaan yang diekspos terus-menerus pada gas etilen oksida selama masa hidupnya berpeluang terkena kanker hati. Namun, penelitian pada manusia yang bekerja di pabrik etilen oksida untuk waktu yang lama dan terekspos dengan etilen oksida dalam dosis rendah tidak berpeluang terkena gejala
kanker (
2.2 Sifat-sifat Etilen Oksida
Sifat-sifat etilen oksida (EPA, 1986) antara lain : 1. Berat molekul : 44,053 gr/mol
2. Bentuk fisik : gas pada temperatur ruangan 3. Titik didih : 10,5oC
6. Tekanan uap : 1305 torr (25oC) 7. Viskositas : 0,31 cp (4oC)
8. Kalor jenis : 0,44 kal/g oC (20oC) 9. Kalor uap : 136,1 kal/g (1 atm)
10.Flash point : < -18oC (tag open cup) 11.Suhu nyala : 429oC (udara, 1 atm) 12.Panas pembakaran : 1306,4 kJ/mol (25oC) 13.Tekanan kritik : 7,19 MPa
14.Suhu kritik : 195,8oC 15.Kalor fusi : 5,17 kJ/mol
16.Panas larutan : 6,3 kJ/mol (dalam air murni 25oC)
17.Kelarutan : larut dalam air, aseton, CCl4, eter, metanol
18.Kereaktifan : mudah meledak jika dipanaskan, meledak dengan logam alkali dalam basa
2.3 Kegunaan Etilen Oksida
Etilen oksida digunakan dalam produksi (Shell Chemicals Limited, 2006):
1. Etilen glikol (sebagai zat anti beku, serat poliester, botol dan kontainer polietilen tereftalat (PET), dehidrasi gas, fluida penukar panas, pelarut, dan poliester)
2. Polietilen glikol (digunakan dalam industri kosmetik, pembuatan obat – obatan, pelumas, pelarut cat, dan plasticizer)
3. Etilen oksida glikol eter (digunakan sebagai fluida rem, deterjen, pelarut cat dan pernis)
4. Etanolamin (digunakan dalam industri sabun, deterjen, pemurnian gas alam, dan finishing tekstil)
5. Produk etoksilat dari fatty alkohol (digunakan dalam pembuatan deterjen, surfaktan, emulsifier, dan dispersant).
2.4 Sifat-sifat Bahan Baku dan Produk
2.4.1 Sifat-sifat Bahan Baku
Sifat-sifat etilen 1. Rumus molekul : C2H4
2. Berat molekul : 28,05 gr/mol
3. Sifat fisik : gas tak berwarna (pada temperatur ruangan)
4. Massa jenis : 1,178 gr/L (15°C) 5. Kelarutan gas dalam air : 25 mL/100 mL (0°C)
12 mL/100 mL (25°C) 6. Titik lebur : −169,1°C
7. Titik didih : −103,7°C
8. Entalpi pembentukan standar : +52,47 kJ/mol 9. Entropi molar standar : 219,32 J·K−1·mol−1 10.Temperatur nyala : 490°C
B. Oksigen
Sifat-sifat oksigen 1. Rumus molekul : O2
2. Berat molekul : 32 gr/mol
3. Sifat fisik : gas tak berwarna (pada temperatur ruangan)
4. Massa jenis : 1,429 g/L (0°C; 101,325 kPa)
5. Titik lebur :
6. Titik didih :
7. Kalor peleburan : 0,444 kJ/mol 8. Kalor penguapan : 6,82 kJ/mol 9. Kapasitas kalor : 29,378 J/(mol·K)
10.Tekanan uap : 1 kPa (61 K), 10 kPa (73 K), 100 kPa (90 K)
11.Konduktivitas termal : 26,58 mW/(m·K) pada 300 K
C. Nitrogen
1. Rumus molekul : N2
2. Berat molekul : 28,016 gr/mol
3. Sifat fisik : gas tak berwarna (pada temperatur ruangan)
4. Massa jenis : 1,251 g/L (0°C; 101,325 kPa)
5. Titik lebur -210°
6. Titik didih :
7. Kalor peleburan : 0,720 kJ/mol 8. Kalor penguapan : 5,57 kJ/mol 9. Kapasitas kalor : 29,124 J/(mol·K)
10.Tekanan uap : 1 kPa (53 K), 10 kPa (62 K), 100 kPa (77 K)
2.4.2 Sifat-sifat Produk
A. Etilen Oksida
Sifat-sifat etilen oksida telah dijelaskan pada subbab 2.2.
B. Air
Sifat-sifat air (Perry,1997) antara lain: 1. Berat molekul : 18,016 gr/gmol 2. Titik lebur : 0°C (1 atm)
3. Titik didih : 100°C (1 atm) 4. Densitas : 1 gr/ml (4°C) 5. Spesifik graviti : 1,00 (4°C) 6. Indeks bias : 1,333 (20°C) 7. Viskositas : 0,8949 cP 8. Kapasitas panas : 1 kal/gr 9. Panas pembentukan : 80 kal/gr 10.Panas penguapan : 540 kal/gr 11.Temperatur kritis : 374°C
12.Tekanan kritis : 217 atm
Sifat-sifat karbon dioksida ( 1. Rumus molekul : CO2
2. Berat molekul : 44,0095 gr/mol
3. Sifat fisik : gas tak berwarna (pada temperatur ruangan)
4. Massa jenis : 1600 kg/m3
5. Titik lebur -57°
6. Titik didih -78°
7. Kelarutan dalam air : 1,45 kg/m³
8. Kalor laten sublimasi : 25,13 kJ/mol
9. Viskositas c−78°C
10.Tekanan kritis : 7821 kPa 11.Suhu kritis : 31,1°C
2.5 Deskripsi Proses
Proses produksi etilen oksida (C2H4O) dapat dibagi menjadi tiga
tahapan proses yaitu proses pencampuran bahan baku, proses oksidasi, dan proses pemurnian etilen oksida.
2.5.1 Pencampuran Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan dalam proses produksi etilen oksida adalah gas etilen dan oksigen. Etilen (C2H4) dari Tangki Etilen (TT-101)
pada tekanan 1,5 bar dan temperatur -113,5°C dipompakan dengan pompa J-101 ke Heater 1 (E-101) sebelum tekanannya dinaikkan menjadi 27 bar dengan Kompresor 1 (JC-101). Kemudian gas etilen akan dicampur dengan etilen recycle dari alur 21 (mengandung campuran gas etilen, etilen oksida, karbon dioksida, oksigen, nitrogen, dan uap air).
Udara (21% oksigen) pada alur 4 dengan kondisi temperatur 25oC dan tekanan 1 bar dialirkan melewati serangkaian kompresor dan cooler
Campuran gas keluaran memiliki perbandingan laju alir massa etilen dan oksigen sebesar 0,145.
2.5.2 Oksidasi
Etilen oksida dihasilkan melalui reaksi oksidasi langsung antara gas etilen dan udara (oksigen) dengan katalis perak. Reaksi berlangsung secara eksotermik sehingga untuk menyerap kelebihan panas reaksi digunakan Reaktor Packed Bed dengan Tube-In-Shell, di mana campuran gas dan reaksi berlangsung di bagian tube dan air disirkulasi di antara tube sebagai pembawa panas. Reaksi yang berlangsung adalah:
C2H4 + ½ O2 C2H4O
(1)
etilen oksigen etilen oksida
C2H4 + 3 O2 2 CO2 + 2 H2O
(2)
etilen oksigen karbon dioksida uap air
Konversi etilen pada reaksi I adalah 19,29%. Konversi di dalam reaktor dipertahankan tetap rendah (<20%) untuk mencegah oksidasi lanjut terhadap etilen oksida yang terbentuk. Oksidasi etilen pada reaksi (2) berlangsung dengan sempurna. Gas hasil reaksi mengandung 0,2130% massa karbon dioksida dan perbandingan laju alir mol karbon dioksida dengan uap air adalah 1,015 mol/mol. Campuran gas hasil reaksi pada temperatur 240oC dan tekanan 25,75 bar didinginkan di Cooler 3 (E-202) hingga temperatur 45oC dan tekanan gas 25,45 bar. Campuran gas dialirkan ke Kompresor 5 (JC-201) untuk meningkatkan tekanan gas sebelum gas dialirkan ke Absorber 1 (T-201).
2 (T-202). Gas etilen, karbon dioksida, oksigen, serta nitrogen yang ingin dipisahkan keluar pada bagian atas kolom Absorber 1 (T-201).
Campuran gas etilen yang belum bereaksi dipanaskan kembali pada
Heater 3 (E-203) hingga temperatur 240oC dan tekanan 26,5 bar sebelum diumpankan ke Reaktor 2 (R-202). Reaksi yang berlangsung serta kondisi operasi pada reaktor 2 adalah sama dengan reaktor 1. Konversi etilen pada reaksi 1 adalah 19,29%. Campuran gas hasil reaksi dari Reaktor 2 (R-202) keluar pada temperatur 240oC dan tekanan 25,75 bar kemudian didinginkan di Cooler 4 (E-204) hingga temperatur 45oC dan tekanan gas 25,45 bar. Campuran gas dialirkan ke Kompresor 6 (JC-202) untuk meningkatkan tekanan gas menjadi 30,15 bar sebelum gas dialirkan ke Absorber 2 (T-202). Jumlah air yang masuk pada kolom Absorber 1 dan 2 adalah sama.
Gas etilen oksida yang berhasil dipisahkan pada kolom Absorber 2 (T-202) dicampur dengan gas etilen oksida yang berhasil dipisahkan pada kolom Absorber 1 (T-201) pada mixing point M-301. Sebagian campuran gas yang keluar dari bagian atas kolom Absorber 2 (T-202) di-recycle kembali dan dicampur dengan gas etilen murni pada mixing point M-101 sebagai umpan Reaktor 1 (R-201) sedangkan sisanya dimanfaatkan sebagai bahan bakar (fuel gas).
2.5.3 Pemurnian Etilen Oksida
Campuran gas etilen oksida pada yang berhasil dipisahkan dari kolom absorber selanjutnya didinginkan pada Cooler 5 (E-301) hingga temperatur 45oC dan tekanan 29,7 bar. Sebelum dipompa ke kolom distilasi (T-301), gas dialirkan ke Ekspander 3 (JE-301) untuk menurunkan tekanan gas hingga 10 bar. Gas yang keluar dari bagian atas kolom distilasi didinginkan dengan Condensor (E-302) dan ditampung pada Reflux Drum
BAB III
NERACA MASSA
Hasil perhitungan neraca massa pada proses pembuatan etilen oksida dengan kapasitas produksi 454,7302 kg/jam diuraikan sebagai berikut:
Basis perhitungan : 1 jam operasi Waktu bekerja / tahun : 330 hari Satuan operasi : kg/jam
3.1 Mixing Point I (M-101)
Tabel 3.1 Neraca Massa Mixing Point I (M-101)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 1 Alur 21 Alur 3
C2H4 586,0413 275,4568 861,4981
C2H4O - 8,3643 8,3643
CO2 - 40,8927 40,8927
O2 - 2859,9455 2859,9455
N2 - 11569,0685 11569,0685
H2O - 16,3491 16,3491
586,0413 14770,0769 15356,1182
Total
15356,1182 15356,1182
3.2 Mixing Point II (M-201)
Tabel 3.2 Neraca Massa Mixing Point II (M-201)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 4 Alur 3 Alur 7
C2H4 - 861,4981 861,4981
C2H4O - 8,3643 8,3643
CO2 - 40,8927 40,8927
O2 3076,6182 2859,9455 5936,5637
N2 11574,4149 11569,0685 23143,4834
H2O - 16,3491 16,3491
14651,0331 15356,1182 30007,1513 Total
3.3 Reaktor I (R-201)
Tabel 3.3 Neraca Massa Reaktor I (R-201)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 7 Alur 9
C2H4 861,4981 689,3905
C2H4O 8,3643 267,1160
CO2 40,8927 63,9273
O2 5936,5637 5817,4555
N2 23143,4834 23143,4834
H2O 16,3491 25,7786
Total 30007,1513 30007,1513
3.4 Absorber I (T-201)
Tabel 3.4 Neraca Massa Absorber I (T-201)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 9 Alur 11 Alur 13 Alur 12
C2H4 689,3905 - 0,5515 688,8390
C2H4O 267,1160 - 247,0823 20,0337
CO2 63,9273 - 0,0064 63,9209
O2 5817,4555 - 0,5817 5816,8741
N2 23143,4834 - 2,3143 23141,1689
H2O 25,7786 10502,5030 10496,6967 31,5848
30007,1513 10502,5030 10747,2329 29762,4214 Total
40509,6543 40509,6543
3.5 Reaktor II (R-202)
Tabel 3.5 Neraca Massa Reaktor II (R-202)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 12 Alur 15
C2H4 688,8390 551,3604
C2H4O 20,0337 226,9780
CO2 63,9209 81,8113
O2 5816,8741 5722,1944
H2O 31,5848 38,9084
Total 29762,4214 29762,4214
3.6 Absorber II (T-202)
Tabel 3.6 Neraca Massa Absorber II (T-202)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 15 Alur 17 Alur 19 Alur 18
C2H4 551,3604 - 550,9136 0,4468
C2H4O 226,9780 - 16,7286 210,2494
CO2 81,8113 - 81,7854 0,0259
O2 5722,1944 - 5719,8910 2,3034
N2 23141,1689 - 23138,1370 3,0319
H2O 38,9084 10502,5029 32,6982 10508,7131
29762,4214 10502,5029 29540,1538 10724,7705 Total
40264,9243 40264,9243
3.7 Splitter I (SP-201)
Tabel 3.7 Neraca Massa Splitter I (SP-201)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 19 Alur 20 Alur 21
C2H4 550,9136 275,4568 275,4568
C2H4O 16,7286 8,3643 8,3643
CO2 81,7854 40,8927 40,8927
O2 5719,8910 2859,9455 2859,9455
N2 23138,1370 11569,0685 11569,0685
H2O 32,6982 16,3491 16,3491
29540,1538 14770,0769 14770,0769 Total
3.8 Mixing Point III (M-301)
Tabel 3.8 Neraca Massa Mixing Point III (M-301)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 13 Alur 18 Alur 22
C2H4 0,5515 0,4468 0,9983
C2H4O 247,0823 210,2494 457,3317
CO2 0,0064 0,0259 0,0323
O2 0,5817 2,3034 2,8851
N2 2,3143 3,0319 5,3462
H2O 10496,6967 10508,7131 21005,4098
10747,2329 10724,7705 21472,0034 Total
21472,0034 21472,0034
3.9 Kolom Distilasi (T-301)
Tabel 3.9 Neraca Massa Kolom Distilasi (T-301)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 22 Alur 32 Alur 29 Alur 26
C2H4 0,9983 - 0,9983
-C2H4O 457,3317 454,5454 - 2,7863
CO2 0,0323 - 0,0323
-O2 2,8851 - 2,8851
-N2 5,3462 - 5,3462
-H2O 21005,4098 0,1848 - 21005,2250
21472,0034 454,7302 9,2619 21008,0113 Total
21472,0034 21472,0034
3.10 Splitter II (SP-301)
Tabel 3.10 Neraca Massa Splitter II (SP-301)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 30 Alur 31 Alur 32
C2H4O 859,0909 404,5455 454,5454
H2O 0,3493 0,1645 0,1848
859,4402 404,7100 454,7302 Total
3.11 Reflux Drum (D-301)
Tabel 3.11 Neraca Massa Reflux Drum (D-301)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 28 Alur 30 Alur 29
C2H4 0,9983 - 0,9983
C2H4O 859,0909 859,0909 -
CO2 0,0323 - 0,0323
O2 2,8851 - 2,8851
N2 5,3462 - 5,3462
H2O 0,3493 0,3493 -
868,7021 859,4402 9,2619
Total
868,7021 868,7021
3.12 Kondensor (E-302)
Tabel 3.12 Neraca Massa Kondensor (E-302)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 27 Alur 28
C2H4 0,9983 0,9983
C2H4O 859,0909 859,0909
CO2 0,0323 0,0323
O2 2,8851 2,8851
N2 5,3462 5,3462
H2O 0,3493 0,3493
Total 868,7021 868,7021
3.13 Reboiler (E-303)
Tabel 3.13 Neraca Massa Reboiler (E-303)
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Komponen
Alur 24 Alur 25 Alur 26
C2H4O 2,9008 0,1145 2,7863
H2O 21868,0227 862,7977 21005,2250
21870,9235 862,9122 21008,0113 Total
BAB IV
NERACA PANAS
Basis perhitungan : 1 jam operasi Satuan operasi : kJ/jam Temperatur basis : 25oC
4.1 Heater 1 (E-101)
Tabel 4.1 Neraca Panas Heater 1 (E-101)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan -62831,7364 -
Produk - 14253,1381
Steam 77084,8745 -
Total 14253,1381 14253,1381
4.2 Cooler 1 (E-102)
Tabel 4.2 Neraca Panas Cooler 1 (E-102)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan 2005879,6639 -
Produk - 297265,3907
Air Pendingin - 1708614,2732
Total 2005879,6639 2005879,6639
4.3 Cooler 2 (E-102)
Tabel 4.3 Neraca Panas Cooler 2 (E-102)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan 2715414,3404 -
Produk - 297265,3907
Air Pendingin - 2418148,9497
4.4 Heater 2 (E-201)
Tabel 4.4 Neraca Panas Heater 2 (E-201)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan 2545894,0369 -
Produk - 6793780,6298
Steam 4247886,5929 -
Total 6793780,6298 6793780,6298
4.5 Reaktor 1 (R-201)
Tabel 4.5 Neraca Panas Reaktor 1 (R-201)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan 6793780,6298 -
Produk - 6780427,9641
Hr 975964,4018 -
Air Pendingin - 989317,0675
Total 7769745,0316 7769745,0316
4.6 Cooler 3 (E-202)
Tabel 4.6 Neraca Panas Cooler 3 (E-202)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan 6780427,9641 -
Produk - 617832,9939
Air Pendingin - 6162594,9702
Total 6780427,9641 6780427,9641
4.7 Heater 3 (E-203)
Tabel 4.7 Neraca Panas Heater 2 (E-203)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan 162191,0587 -
Produk - 6711206,6927
Steam 6549015,6340 -
4.8 Reaktor 2 (R-202)
Tabel 4.8 Neraca Panas Reaktor 2 (R-202)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan 6711206,6927 -
Produk - 6700519,3220
Hr 772565,4170 -
Air pendingin - 783252,7876
Total 7483772,1096 7483772,1096
4.9 Cooler 4 (E-204)
Tabel 4.9 Neraca Panas Cooler 4 (E-204)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan 6700519,3220 -
Produk - 611589,9196
Air Pendingin - 6088929,4024
Total 6700519,3220 6700519,3220
4.10 Cooler 5 (E-301)
Tabel 4.10 Neraca Panas Cooler 5 (E-301)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan 2387067,7438 -
Produk - 1761208,5828
Air Pendingin - 625859,1610
Total 2387067,7438 2387067,7438
4.11 Kondensor (E-302)
Tabel 4.11 Neraca Panas Kondensor (E-302)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan 159119,5809 -
Produk - 115864,3160
Kondensor duty - 43255,2649
4.12 Reboiler (E-303)
Tabel 4.12 Neraca Panas Reboiler (E-303)
Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)
Umpan 1825226,6074 -
Produk - 2005998,2098
Reboiler duty 180771,6024 -
BAB V
SPESIFIKASI PERALATAN
5.1 Tangki Penyimpanan Etilen (TT-101)
Fungsi : Menyimpan etilen untuk kebutuhan 20 hari Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Low Alloy Steels SA-353
Jumlah : 1 unit Kapasitas : 585,0256 m3
Kondisi operasi : Temperatur : -113,5°C Tekanan : 1,5 bar
Ukuran : Silinder : - Diameter : 7,78 m - Tinggi : 9,72 m - Tebal : ½ in Tutup : - Diameter : 7,78 m
- Tinggi : 1,94 m - Tebal : ½ in
5.2 Pompa Etilen (J-101)
Fungsi : Memompa etilen ke Heater 1 (E-101) Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Kapasitas : 4,4720 gpm Daya motor : 1 hp
5.3 Heater 1 (E-101)
Fungsi : menaikkan temperatur etilen sebelum dimasukkan ke
kompresor 1 (JC-101) Jenis : Double Pipe Heat Exchanger
Bahan konstruksi : Carbon Steel
Kapasitas : 586,0413 kg/jam Ukuran tube : 2 × 1¼ in IPS Panjang hairpin : 20 ft
5.4 Kompresor I (JC-101)
Fungsi : Menaikkan tekanan etilen sebelum dicampur dengan gas
recycle di mixing point 1 Jenis : Reciprocating compressor
Bahan konstruksi : Carbon steel
Tekanan masuk : 1,2 bar Tekanan keluar : 27 bar Kapasitas : 465,1121 m3/jam Daya motor : 90 hp
Jumlah : 1 unit dengan 4 stages
5.5 Kompresor 2 (JC-102)
Fungsi : menaikkan tekanan udara sebelum dialirkan ke Cooler I
(E-101)
Jenis : Reciprocating compressor
Bahan konstruksi : Carbon steel
Tekanan masuk : 1 bar Tekanan keluar : 3 bar Kapasitas : 6245,6156 m3/jam Daya motor : 350 hp
Jumlah : 1 unit dengan 4 stages
5.6 Cooler I (E-101)
Fungsi : Menurunkan temperatur udara sebelum dialirkan ke
Kompresor II (JC-102) Jenis : 1-2 shell and tube exchanger
Bahan konstruksi : Carbon Steel
Kapasitas : 14651,0331 kg/jam Diameter tube : 1¼ in
Jenis tube : 18 BWG Panjang tube : 16 ft
Pitch (PT) : 1 9/16 in triangular pitch
Jumlah tube : 101 Diameter shell : 21¼ in
5.7 Kompresor 3 (JC-103)
Fungsi : Menaikkan tekanan udara sebelum dialirkan ke Cooler 2
(E-103)
Jenis : Reciprocating compressor
Bahan konstruksi : Carbon steel
Tekanan masuk : 2,7 bar Tekanan keluar : 9 bar Kapasitas : 2419,5023 m3/jam Daya motor : 400 hp
Jumlah : 1 unit dengan 4 stages
5.8 Cooler 2 (E-103)
Fungsi : Menurunkan temperatur udara sebelum dialirkan ke
Kompresor 3 (JC-104) Jenis : 1-2 shell and tube exchanger
Bahan konstruksi : Carbon Steel
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 14651,0331 kg/jam Diameter tube : 1¼ in
Jenis tube : 18 BWG Panjang tube : 16 ft
Pitch (PT) : 1 9/16 in triangular pitch
Jumlah tube : 130 Diameter shell : 23¼ in
Fungsi : Menaikkan tekanan udara sebelum dialirkan ke Heater 2
(E-201)
Jenis : Reciprocating compressor
Bahan konstruksi : Carbon steel
Tekanan masuk : 8,7 bar Tekanan keluar : 27 bar Kapasitas : 835,2403 m3/jam Daya motor : 400 hp
Jumlah : 1 unit dengan 4 stages
5.10 Heater 2 (E-201)
Fungsi : Menaikkan temperatur campuran gas sebelum
dimasukkan ke Reaktor 1 (R-201) Jenis : 1-2 shell and tube exchanger
Bahan konstruksi : Carbon Steel
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 30007,1513 kg/jam Diameter tube : 1 in
Jenis tube : 18 BWG Panjang tube : 12 ft
Pitch (PT) : 1¼ in square pitch
Jumlah tube : 282 Diameter shell : 25 in
5.11 Reaktor 1 (R-201)
Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi oksidasi etilen Jenis : Packed Bed Reactor
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-299 Kapasitas : 2,4029 m3
Jumlah : 1 unit
- Temperatur keluar : 260°C - Tekanan operasi : 25,75 bar Spesifikasi : a. Silinder
- Diameter : 3,3220 m
- Panjang : 5 m
- Tebal : 2 in b. Tutup
- Diameter : 3,3220 m
- Tinggi : 0,8305 m
- Tebal : 2 in c. Katalis
- Jenis : Perak (Ag)
- Bentuk : Spherical - Diameter : 0,0075 m
- : 0,4
d. Tube
- Diameter : 8 cm
- Panjang : 5 m
- Tebal : ¼ in
- Pitch : 15 cm square pitch
- Jumlah : 16
e. Pipa pendingin
- Ukuran nominal : 24 in
- Schedule : 20
- ID : 23,25 in
- OD : 24 in
- Panjang : 5 m
5.12 Cooler 3 (E-202)
Fungsi : Menurunkan temperatur udara sebelum dialirkan ke
Kompresor 5 (JC-201) Jenis : 1-2 shell and tube exchanger
Bahan konstruksi : Carbon Steel
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 30007,1513 kg/jam Diameter tube : ¾ in
Jenis tube : 18 BWG Panjang tube : 16 ft
Pitch (PT) : 1 in triangular pitch
Jumlah tube : 394 Diameter shell : 25 in
5.13 Kompresor 5 (JC-201)
Fungsi : Menaikkan tekanan campuran gas sebelum dialirkan ke
Absorber 1 (T-201) Jenis : Reciprocating compressor
Bahan konstruksi : Carbon steel
Tekanan masuk : 25,45 bar Tekanan keluar : 30,15 bar Kapasitas : 841,7888 m3/jam Daya motor : 200 hp
Jumlah : 1 unit dengan 4 stages
5.14 Pompa 1 (J-201)
Fungsi : Memompa air ke Absorber 1 (T-201) dan
Absorber 2
(T-202) sekaligus menaikkan tekanan air Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Daya motor : 60 hp 5.15 Absorber 1 (T-201)
Fungsi : Mengikat etilen oksida yang keluar dari Reaktor I (R-201)
untuk diumpankan ke Kolom Distilasi (T-301) Bentuk : Silinder vertikal dengan tutup atas dan bawah elipsoidal
Bahan Konstruksi : Stainless Steel SS-63 Grade A
Jumlah : 1 unit Diameter Absorber : 0,9973 m
Tinggi Absorber : 3,2398m Tebal dinding kolom : 1 in
5.16 Pompa 2 (J-202)
Fungsi : Memompa campuran ke kolom distilasi (T-301)
Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Kapasitas : 64,6133 gpm Daya motor : ½ hp
5.17 Heater 3 (E-203)
Fungsi : Menaikkan temperatur campuran gas sebelum dialirkan ke
Ekspander 1 (JE-201) Jenis : 1-2 shell and tube exchanger
Bahan konstruksi : Carbon Steel
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 30007,1513 kg/jam Diameter tube : 1 in
Jenis tube : 18 BWG Panjang tube : 16 ft
Pitch (PT) : 1¼ in square pitch
Diameter shell : 27 in
5.18 Ekspander 1 (JE-201)
Fungsi : Menurunkan tekanan campuran gas sebelum dimasukkan
ke Reaktor 2 (R-202) Jenis : Centrifugal expander
Jumlah : 1 unit
Tekanan masuk : 29,7 bar Tekanan keluar : 26,5 bar Kapasitas : 1439,8263 m3/jam Daya motor : 125 hp
5.19 Reaktor 2 (R-202)
Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi oksidasi etilen Jenis : Packed Bed Reactor
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-299 Kapasitas : 2,3837 m3
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi : - Temperatur masuk : 260°C - Temperatur keluar : 260°C - Tekanan operasi : 25,75 bar Spesifikasi : a. Silinder
- Diameter : 3,3220 m
- Panjang : 5 m
- Tebal : 2 in b. Tutup
- Diameter : 3,3220 m
- Tinggi : 0,8305 m
- Tebal : 2 in c. Katalis
- Jenis : Perak (Ag)
- Diameter : 0,0075 m
- : 0,4
d. Tube
- Diameter : 8 cm
- Panjang : 5 m
- Tebal : ¼ in
- Pitch : 15 cm square pitch
- Jumlah : 16
e. Pipa pendingin
- Ukuran nominal : 24 in
- Schedule : 20
- ID : 23,25 in
- OD : 24 in
- Panjang : 5 m
- Jumlah : 3 buah
5.20 Cooler 4 (E-204)
Fungsi : Menurunkan temperatur campuran gas sebelum dialirkan
ke Kompresor 6 (JC-202) Jenis : 1-2 shell and tube exchanger
Bahan konstruksi : Carbon Steel
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 72834,0838 kg/jam Diameter tube : ¾ in
Jenis tube : 18 BWG Panjang tube : 16 ft
Pitch (PT) : 1 in triangular pitch
Jumlah tube : 394 Diameter shell : 25 in
5.21 Kompresor 6 (JC-202)
Fungsi : Menaikkan tekanan campuran gas sebelum dialirkan ke
Jenis : Reciprocating compressor
Bahan konstruksi : Carbon steel
Tekanan masuk : 25,45 bar Tekanan keluar : 30,15 bar Kapasitas : 834,9234 m3/jam Daya motor : 200 hp
Jumlah : 1 unit dengan 4 stages
5.22 Absorber 2 (T-202)
Fungsi : Mengikat etilen oksida yang keluar dari Reaktor 2 (R-202)
untuk diumpankan ke Kolom Distilasi (T-301) Bentuk : Silinder vertikal dengan tutup atas dan bawah elipsoidal
Bahan Konstruksi : Stainless Steel SS-63 Grade A
Jumlah : 1 unit Diameter Absorber : 0,9701 m
Tinggi Absorber : 3,2591 m Tebal dinding kolom : 1 in
5.23 Pompa 3 (J-203)
Fungsi : Memompa campuran ke kolom distilasi (T-301)
Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Kapasitas : 64,4349 gpm Daya motor : ½ hp
5.24 Ekspander 2 (JE-202)
Fungsi : Menurunkan tekanan campuran gas sebelum dicampur
dengan etilen pada mixing point 1 Jenis : Centrifugal expander
Tekanan masuk : 30 bar Tekanan keluar : 27 bar Kapasitas : 396,7513 m3/jam Daya motor : 30 hp
5.25 Cooler 5 (E-301)
Fungsi : Menurunkan temperatur campuran gas sebelum dialirkan
ke Kolom Distilasi (T-301) Jenis : 2-4 shell and tube exchanger
Bahan konstruksi : Carbon Steel
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 7486,3536 kg/jam Diameter tube : ¾ in
Jenis tube : 18 BWG Panjang tube : 16 ft
Pitch (PT) : 15/16 in triangular pitch
Jumlah tube : 314 Diameter shell : 21,25 in
5.26 Ekspander 3 (JE-301)
Fungsi : menurunkan tekanan campuran gas sebelum dialirkan ke
Kolom Distilasi (T-301) Jenis : Centrifugal expander
Jumlah : 1 unit
Tekanan masuk : 29,7 bar Tekanan keluar : 10 bar Kapasitas : 29,6872 m3/jam Daya motor : 20 hp
5.27 Pompa 4 (J-301)
Fungsi : Memompa campuran ke kolom distilasi (T-301)
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Kapasitas : 129,0047 gpm Daya motor : 1½ hp
5.28 Kolom Distilasi (T-301)
Fungsi : Memisahkan etilen oksida dari campuran gas Jenis : Sieve – tray
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283 Grade C Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi : - Temperatur : 318,17 K - Tekanan : 10 bar Ukuran : a. Silinder
- Diameter : 0,7376 m
- Tinggi : 19,6 m
- Tebal : ½ in b. Tutup
- Diameter : 0,7376 m
- Tinggi : 0,1844 m
- Tebal : ½ in c. Piring:
- Jumlah : 49
- Lokasi umpan : 5
- Diameter lubang : 4,5 mm
- Jarak piring : 0,4 m
5.29 Kondensor (E-302)
Fungsi : Mengubah fasa uap campuran etilen oksida menjadi fasa
cair
Jenis : Double Pipe Heat Exchanger
Bahan konstruksi : Carbon Steel
Kapasitas : 868,7021 kg/jam Ukuran tube : 2 × 1¼ in IPS Panjang hairpin : 12 ft
5.30 Reflux Drum (D-301)
Fungsi : Menampung distilat dari kondensor (E-302) Bentuk : Silinder horizontal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-113 Grade C Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 1,6959 m3
Kondisi operasi : - Temperatur : 85,735°C - Tekanan : 10 bar Ukuran : a. Silinder
- Diameter : 2,1297 m
- Panjang : 1,9352 m
- Tebal : 1 in b. Tutup
- Diameter : 2,1297 m
- Panjang : 0,5324 m
- Tebal : 1 in
5.31 Pompa Refluks (J-301)
Fungsi : Memompa campuran dari Reflux Drum (D-301) ke Kolom
Distilasi (T-301) Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Kapasitas : 6,1574 gpm Daya motor : 1/20 hp
5.32 Reboiler (E-303)
kolom distilasi (T-301) Jenis : Double Pipe Heat Exchanger
Bahan konstruksi : Carbon Steel
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 21870,9235 kg/jam Ukuran tube : 3 × 2 in IPS Panjang hairpin : 12 ft
5.33 Pompa Reboiler (J-302)
Fungsi : Memompa campuran dari Reboiler (E-303) ke Kolom
Distilasi (T-301) Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Kapasitas : 133,0448 gpm Daya motor : 1 hp
5.34 Tangki Produk (TT-301)
Fungsi : Menyimpan etilen oksida untuk kebutuhan 20 hari
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-212 Grade B
Jumlah : 1 unit Kapasitas : 421,6517 m3
Kondisi operasi : Temperatur : 85,735°C Tekanan : 10 bar
Ukuran : Silinder : - Diameter : 6,97 m - Tinggi : 8,72 m - Tebal : 2 in Tutup : - Diameter : 6,97 m
BAB VI
INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
6.1 Instrumentasi
Pengoperasian suatu pabrik kimia harus memenuhi beberapa persyaratan
yang ditetapkan dalam perancangannya. Persyaratan tersebut meliputi
keselamatan, spesifikasi produk, peraturan mengenai lingkungan hidup, kendala
operasional, dan faktor ekonomi. Pemenuhan persyaratan tersebut berhadapan
dengan keadaan lingkungan yang berubah-ubah, yang dapat mempengaruhi
jalannya proses atau yang disebut disturbance (gangguan) (Stephanopoulus,
1984). Adanya gangguan tersebut menuntut penting dilakukannya pemantauan
secara terus-menerus maupun pengendalian terhadap jalannya operasi suatu
pabrik kimia untuk menjamin tercapainya tujuan operasional pabrik. Pengendalian
atau pemantauan tersebut dilaksanakan melalui penggunaan peralatan dan
engineer (sebagai operator terhadap peralatan tersebut) sehingga kedua unsur ini
membentuk satu sistem kendali terhadap pabrik.
Instrumentasi adalah peralatan yang dipakai di dalam suatu proses kontrol
untuk mengatur jalannya suatu proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang
diharapkan. Fungsi instrumentasi adalah sebagai pengontrol, penunjuk, pencatat,
dan pemberi tanda bahaya. Peralatan instrumentasi biasanya bekerja dengan
tenaga mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan secara
manual atau otomatis. Penggunaan instrumen pada suatu peralatan proses
tergantung pada pertimbangan ekonomi dan sistem peralatan itu sendiri. Pada
pemakaian alat-alat instrumen juga harus ditentukan apakah alat-alat tersebut
dipasang diatas papan instrumen dekat peralatan proses (kontrol manual) atau
disatukan dalam suatu ruang kontrol yang dihubungkan dengan bangsal peralatan
(kontrol otomatis) (Timmerhaus, 2004).
Variabel-variabel proses yang biasanya dikontrol/diukur oleh instrumen adalah:
2. Variabel tambahan, seperti densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas, pH, humiditas, titik embun, komposisi kimia, kandungan kelembaban, dan variabel lainnya.
Pengendalian peralatan instrumentasi dapat dilakukan secara otomatis dan
semi otomatis. Pengendalian secara otomatis adalah pengendalian yang dilakukan
dengan mengatur instrumen pada kondisi tertentu, bila terjadi penyimpangan
variabel yang dikontrol maka instrumen akan bekerja sendiri untuk
mengembalikan variabel pada kondisi semula, instrumen ini bekerja sebagai
controller. Pengendalian secara semi otomatis adalah pengendalian yang mencatat
perubahan-perubahan yang terjadi pada variabel yang dikontrol. Untuk mengubah
variabel-variabel ke nilai yang diinginkan dilakukan usaha secara manual,
instrumen ini bekerja sebagai pencatat (recorder).
Alat-alat kontrol yang biasa dipakai pada peralatan proses antara lain :
1. Temperature Controller (TC)
Adalah alat/instrumen yang digunakan sebagai alat pengatur suhu atau pengukur sinyal mekanis atau listrik. Pengaturan temperatur dilakukan dengan mengatur jumlah material proses yang harus ditambahkan/dikeluarkan dari dalam suatu proses yang sedang bekerja. Prinsip kerja:
Rate fluida masuk atau keluar alat dikontrol oleh diafragma valve. Rate
fluida ini memberikan sinyal kepada TC untuk mendeteksi dan mengukur suhu sistem pada set point.
2. Pressure Controller (PC)
Adalah alat/instrumen yang dapat digunakan sebagai alat pengatur tekanan atau pengukur tekanan atau pengubah sinyal dalam bentuk gas menjadi sinyal mekanis. Pengatur tekanan dapat dilakukan dengan mengatur jumlah uap/gas yang keluar dari suatu alat dimana tekanannya ingin dideteksi.
Pressure control (PC) akibat tekanan uap keluar akan membuka/menutup diafragma valve. Kemudian valve memberikan sinyal kepada PC untuk mengukur dan mendeteksi tekanan pada set point. 3. Flow Controller (FC)
Adalah alat/instrumen yang bisa digunakan untuk mengatur kecepatan aliran fluida dalam pipa line atau unit proses lainnya. Pengukuran kecepatan aliran fluida dalam pipa biasanya diatur dengan mengatur
output dari alat, yang mengakibatkan fluida mengalir dalam pipa line.
Prinsip kerja:
Kecepatan aliran diatur oleh regulating valve dengan mengubah tekanan
discharge dari pompa. Tekanan discharge pompa melakukan
bukaan/tutupan valve dan FC menerima sinyal untuk mendeteksi dan mengukur kecepatan aliran pada set point.
4. Level Controller (LC)
Adalah alat/instrumen yang dipakai untuk mengatur ketinggian (level) cairan dalam suatu alat dimana cairan tersebut bekerja. Pengukuran tinggi permukaan cairan dilakukan dengan operasi dari sebuah control valve, yaitu dengan mengatur rate cairan masuk atau keluar proses. Prinsip kerja :
Jumlah aliran fluida diatur oleh control valve. Kemudian rate fluida melalui valve ini akan memberikan sinyal kepada LC untuk mendeteksi tinggi permukaan pada set point.
Hal-hal yang diharapkan dari pemakaian alat-alat instrumentasi adalah: Kualitas produk dapat diperoleh sesuai dengan yang diinginkan Pengoperasian sistem peralatan lebih mudah
Sistem kerja lebih efisien
Penyimpangan yang mungkin terjadi dapat diketahui dengan cepat
Pompa
Exchanger
Reaktor Tangki
Kompresor Ekspander Kolom distilasi
FC
TI
PC
FC
PC
TC E-302
FC
TC FC
LI FC
FC
FC
TI FC PC PC
[image:48.595.110.492.100.665.2]STEAM
[image:48.595.118.494.414.700.2]Gambar 6.1 Instrumentasi Pada Alat
Tabel 6.1 Daftar Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen
Oksida
No Nama Alat Jenis Instrumen
1 Tangki Flow Controller (FC)
2 Reaktor
Flow Controller (FC) Temperature Indicator (TC) Pressure Controller (PC)
3 Kolom distilasi
Pressure Controller (PC) Temperature Indicator (TI) Level Indicator (LI) Flow Controller (FC)
4 Exchanger Temperature Indicator (TI)
Flow Controller (FC)
5 Pompa Flow Controller (FC)
6 Compressor Pressure Controller (PC)
6.2 Keselamatan Kerja
Keselamatan kerja merupakan bagian dari kelangsungan produksi pabrik,
oleh karena itu aspek ini harus diperhatikan secara serius dan terpadu. Untuk
maksud tersebut perlu diperhatikan cara pengendalian keselamatan kerja dan
keamanan pabrik pada saat perancangan dan saat pabrik beroperasi.
Sebagai pedoman pokok dalam usaha penanggulangan masalah kerja,
Pemerintah Republik Indonesia telah mengeluarkan Undang-Undang Keselamatan
Kerja pada tanggal No 1 tanggal 12 Januari 1970. Semakin tinggi tingkat
keselamatan kerja dari suatu pabrik maka makin meningkat pula aktivitas kerja
para karyawan. Hal ini disebabkan oleh keselamatan kerja yang sudah terjamin
dan suasana kerja yang menyenangkan.
Untuk mencapai hal tersebut adalah menjadi tanggung jawab dan
kewajiban para perancang untuk merencanakannya. Hal-hal yang perlu
dipertimbangkan dalam perancangan pabrik untuk menjamin adanya keselamatan
kerja adalah sebagai berikut:
- Penanganan dan pengangkutan bahan harus seminimal mungkin.
- Adanya penerangan yang cukup dan sistem pertukaran udara yang baik.
- Jarak antar mesin dan peralatan lain cukup luas.
- Setiap ruang gerak harus aman dan tidak licin.
- Setiap mesin dan peralatan lainnya harus dilengkapi alat pencegah kebakaran.
- Tanda-tanda pengaman harus dipasang pada setiap tempat yang berbahaya.
- Penyediaan fasilitas pengungsian bila terjadi kebakaran.
6.3 Keselamatan Kerja Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida 6.3.1 Pencegahan Terhadap Kebakaran dan Peledakan
Pada pra rancangan pabrik pembuatan etilen oksida, usaha-usaha
pencegahan terhadap bahaya kebakaran dan peledakan dilakukan dengan cara:
1. Untuk mengetahui adanya bahaya kebakaran maka sistem alarm dipasang
pada tempat yang strategis dan penting seperti laboratorium dan ruang proses.
2. Pada peralatan pabrik yang berupa tangki dibuat man hole dan hand hole yang
cukup untuk pemeriksaan.
3. Sistem perlengkapan energi seperti pipa bahan bakar, saluran udara, saluran
steam, dan air dibedakan warnanya dan letaknya tidak mengganggu gerakan
4. Penyediaan racun api yang selalu siap dengan pompa hydrant untuk jarak tertentu.
5. Bahan-bahan yang mudah terbakar dan meledak harus disimpan pada tempat yang aman atau diberi tanda warna dan dikontrol secara teratur. 6. Membuat pembatas kawasan tertentu pada unit proses bertekanan dan
bersuhu tinggi.
7. Para pekerja tidak diperkenankan merokok selama bertugas. 8. Melakukan kontrol yang teratur pada sistem perpipaan.
Sesuai dengan peraturan yang tertulis dalam Peraturan Tenaga Kerja Per/02/Men/1983 tentang instalasi alarm kebakaran otomatis, yaitu :
1. Detektor Kebakaran, merupakan alat yang berfungsi untuk mendeteksi secara dini adanya suatu kebakaran awal. Alat ini terbagi atas:
a. Smoke detector adalah detektor yang bekerja berdasarkan
terjadinya akumulasi asap dalam jumlah tertentu.
b. Gas detector adalah detektor yang bekerja berdasarkan kenaikan konsentrasi gas yang timbul akibat kebakaran ataupun gas-gas lain yang mudah terbakar.
c. Alarm kebakaran, merupakan komponen dari sistem deteksi dan alarm kebakaran yang memberikan isyarat adanya suatu kebakaran. Alarm ini berupa:
- Alarm kebakaran yang memberi tanda atau isyarat berupa bunyi khusus (