Pengaruh Tekanan Terhadap Suhu Oksigen Dan Nitrogen Pada Proses Pemisahan Udara Secara Destilasi di PT. Aneka Gas Industri

PENGARUH TEKANAN TERHADAP SUHU OKSIGEN DAN

NITROGEN PADA PROSES PEMISAHAN UDARA

SECARA DESTILASI DI PT. ANEKA

GAS INDUSTRI

TUGAS AKHIR

ADYTIA ANGGARA PUTRA

112401082

PROGRAM STUDI D-3 KIMIA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PENGARUH TEKANAN TERHADAP SUHU OKSIGEN DAN

NITROGEN PADA PROSES PEMISAHAN UDARA

SECARA DESTILASI DI PT. ANEKA

GAS INDUSTRI

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar Ahli Madya

ADYTIA ANGGARA PUTRA 112401082

PROGRAM STUDI D-3 KIMIA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PERSETUJUAN

Judul : Pengaruh Tekanan Terhadap Suhu Oksigen Dan

Nitrogen Pada Proses Pemisahan Udara Secara Destilasi Di PT. ANEKA GAS INDUSTRI

Kategori : Karya Ilmiah

Nama : Adytia Anggara Putra

Nomor Induk Mahasiswa : 112401082

Program Studi : DIPLOMA (D3) KIMIA

Departement : KIMIA

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di

Medan, Juli 2014

Disetujui Oleh

Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,

Dr. Rumondang Bulan, MS NIP : 195408301985032001

Pembimbing,

PERNYATAAN

PENGARUH TEKANAN TERHADAP SUHU OKSIGEN DAN NITROGEN PADA PROSES PEMISAHAN UDARA SECARA DESTILASI

DI PT. ANEKA GAS INDUSTRI

KARYA ILMIAH

Saya mengakui bahwa karya ilmiah ini adalah hasil kerja saya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2014

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah Karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan penyusunan karya ilmiah ini dengan judul “Pengaruh Tekanan Terhadap Proses Pemisahan Oksigen Dan Nitrogen Dari Udara Secara Destilasi Di PT. Aneka Gas Industri”.

Terimakasih penulis sampaikan kepada ibu Dr. Rumondang Bulan, MS selaku dosen pembimbing dan Ketua Departemen Kimia yang telah meluangkan waktunya selama penyusunan karya ilmiah ini. Terimakasih kepada bapak Albert Pasaribu selaku Sekretaris Departemen Kimia FMIPA USU. Terimakasih kepada ibu Dra. Emma Zaidar, M.Si selaku Ketua Program Studi D-3 Kimia FMIPA-USU Medan, Dekan dan Pembantu Dekan FMIPA USU, seluruh staff dan Dosen Kimia FMIPA-USU, pegawai FMIPA USU dan reka-rekan kuliah. Akhirnya tidak terlupakan kepada bapak, ibu, dan keluarga penulis yang selama ini memberikan bantuan dan dorongan yang diperlukan. Semoga Tuhan Yang Maha Esa akan membalasnya.

Medan, Juni 2014

ABSTRAK

THE INFLUENCE OF PRESSURE ON THE TEMPERATURE OF OXYGEN AND NITROGEN IN THE AIR SEPARATION

PROCESS BY DISTILLATION AT PT. ANEKA GAS INDUSTRI

ABSTRACT

DAFTAR ISI

2.8. Proses Pengolahan Oksigen dan Nitrogen 16

Bab 3. Metode Penelitian 23

3.1. Alat-Alat 23

3.2. Bahan-Bahan 23

3.3. Prosedur 24

Bab 4. Hasil Dan Pembahasan 25

4.1. Hasil Penelitian 25

4.2. Perhitungan 26

4.3. Pembahasan 33

Bab 5. Kesimpulan Dan Saran 35

5.1 Kesimpulan 35

5.2 Saran 35

Daftar Pustaka 36

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel

2.1. Komposisi Dan Sifat Masing-masing Komponen Udara 5

4.1. Hubungan antara tekanan terhadap suhu oksigen dan nitrogen 21 4.2. Perhitungan Regresi Antara Tekanan Terhadap Suhu Oksigen 25 4.3. Perhitungan Regresi Antara Tekanan Terhadap Suhu Nitrogen 27

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

Tabel

1. Gambar keseluruhan Proses pemisahan udara 1

2. Kurva Korelasi Suhu Oksigen Terhadap Tekanan 2 3. Kurva Korelasi Suhu Nitrogen Terhadap Tekanan 3

ABSTRAK

THE INFLUENCE OF PRESSURE ON THE TEMPERATURE OF OXYGEN AND NITROGEN IN THE AIR SEPARATION

PROCESS BY DISTILLATION AT PT. ANEKA GAS INDUSTRI

ABSTRACT

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Perkembangan dunia industri dewasa ini semakin berkembang dengan pesat. Mulai dari

industri makanan yaitu untuk pengawetan, sampai industri pengelasan dan industri berteknologi tinggi yaitu pembuatan roket dan industri lainnya. Beberapa industri

seperti pengelasan, pengawetan makanan sangat memerlukan gas Oksigen dan Nitrogen dalam pelaksanaannya.

PT. Aneka Gas Industri merupakan suatu badan penanaman modal asing yang

mempunyai usaha utama dalam memproduksi, menjual dan memperdagangkan gas-gas industri berkualitas tinggi. Jenis gas industri yang di produksi meliputi Oksigen,

Nitrogen, Argon, Asetilen dan lain-lain.

Nitrogen dan Oksigen merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Gas Oksigen dapat digunakan untuk pengelasan pada industry baja dan gelas, dan untuk

keperluan di rumah sakit. Sedangkan Nitrogen digunakan untuk pertumbuhan jamur dan gangguan bakteri, serta untuk mempercepat proses pengawetan dengan cara

pendinginan pada sayur, buah-buahan dan makanan laut yang akan diekspor.

-1000C. Pengolahannya dilakukan dengan cara penghisapan udara bebas oleh kompresor udara melalui filter udara untuk menghilangkan debu dan komponen-komponen lainnya,

kemudian ditekan sampai tekanan yang tertentu dengan menggunakan kompresor udara. Udara yang dihasilkan oleh kompresor kemudian dilewatkan melalui aftercooler, yang gunanya untuk menghilangkan panas dengan cara menghubungkannya dengan air

pendingin dari cooling tower sehingga mendekati suhu kamar. Setelah itu udara dialirkan ke water separator untuk menghilangkan uap-uap air yang mengembun yang

disebabkan karena adanya proses pendinginan pada aftercooler dan dilanjutkan ke molecular sieve untuk menghilangkan uap air dan karbondioksida yang tersisa dari

water separator. Kemudian bahan baku (udara proses) yang sebagian besar berbentuk

cair masuk ke kolom bawah destilasi, dengan menggunakan expander dan expansion

valve udara proses akan mengalami pendinginan hingga mencapai suhu -1820C, yang

selanjutnya masuk ke kolom atas destilasi untuk memisahkan Nitrogen dan Oksigen dari udara proses tersebut. Dengan adanya perbedaan tekanan dan aliran antara puncak kolom dengan dasar kolom pemisah udara, sehingga mempengaruhi besar atau kecilnya

suhu yang terjadi pada proses pemisahan Oksigen dan Nitrogen. Dari uraian diatas , maka penulis tertarik untuk memilih judul: “PENGARUH TEKANAN TERHADAP

1.2. Perumusan masalah

Pada proses pemisahan Nitrogen dan Oksigen di unit kolom destilasi sangat diperlukan

tekanan yang sesuai pada standart yang telah ditentukan untuk mendapatkan hasil yang optimal dan untuk mengurangi kerugian yang terjadi. Maka dari itu perlu dilakukan pengamatan untuk mengetahui berapa tekanan yang sesuai pada proses pemisahan

Nitrogen dan Oksigen di unit kolom destilasi di PT. Aneka Gas Industri.

1.3. Tujuan Penelitian

- Untuk mengetahui pengaruh tekanan di unit kolom destilasi terhadap suhu pada proses pemisahan Oksigen dan Nitrogen

- Untuk mengetahui tekanan yang sesuai pada standart yang telah ditetapkan

1.4. Manfaat Penelitian

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Komposisi Udara

Udara adalah campuran dari berbagai gas, didalamnya terkandung komponen Nitrogen, Karbon dioksida, Hidrogen, Gas-gas mulia dan uap air dalam komposisi tertentu.

Jumlah kandungan gas-gas di udara tergantung kepada kondisi tertentu suatu udara tersebut. Keadaan temperature dan iklim merupakan dua factor yang mempengaruhi kondisi udara, terutama kandungan uap airnya. Kota yang memiliki tingkat polusi yang

tinggi akan terdapat sedikit kandungan gas-gas lain seperti H2S dan SO2.

Masing-masing dari komponen ini mempunyai sifat-sifat yang berbeda.

Komponen yang cukup banyak persentasinya adalah Nitrogen, Oksigen, Argon, dan Karbon dioksida. Gas lain yang meliputi Helium, Neon, Krypton, Xenon, Hidrogen, dan Methan diabaikan karena jumlahnya relatif kecil. Udara juga mengandung uap air

tetapi jumlahnya bervariasi. Udara kering (misalnya di daerah gurun) mengandung uap air kurang dari 6%, sedangkan udara basah (misalnya di wilayah hujan tropis) bisa

mengandung uap air lebih dari 6%. Nitrogen dan Oksigen adalah bagian dari sesuatu hal yang tidak pernah kita lihat tetapi selalu dapat kita rasakan karena manfaatnya yang begitu besar. Kedua gas ini tersedia melimpah di udara yang memiliki kandungan

78,08% nitrogen, 20,95% oksigen, 0,93% argon, dan sisanya merupakan CO2 dan uap

Dalam setiap hela nafas yang kita lakukan tanpa sadar, seluruh gas-gas ini terlibat di dalamnya. Selanjutnya, di bagian alveoli pada paru-paru, hanya gas oksigen

lah yang diambil. Sementara itu gas-gas lainnya seperti nitrogen, CO2, dan lainnya

dibuang melalui hembusan nafas. Walaupun tetap ada nitrogen yang terlarut di dalam darah, zat ini tidak akan bereaksi karena sifat dari gas inert adalah sulit untuk bereaksi

(Chandra, 2006).

Berikut ini susunan komposisi dan sifat masing-masing komponen udara:

Tabel 2.1. Komposisi dan sifat masing-masing komponen udara (1 atm) Komponen Konsentrasi

2.2. Pengertian Gas

Gas adalah salah satu dari tiga keadaan materi. Gas mempunyai sifat khusus

yang tidak dimiliki oleh zat cair maupun zat padat. Salah satu yang menarik dari gas adalah sifat-sifat nya yang tidak tergantung dari komposisi kimianya. Semua gas memperlihatkan sifat-siat yang hampir sama, bila variabel seperti tekanan dan suhunya

diubah (Yazid,2005).

2.2.1. Sifat-sifat gas

Gas terdiri dari molekul-molekul yang jaraknya saling berjauhan sehingga gaya tarik-menariknya sangat lemah. Gaya tarik yang lemah mengakibatkan

molekul-molekul gas bebas bergerak ke segala arah. Molekul-molekul-molekul gas itu bergerak sangat cepat dan terus bertumbukan satu sama lain dan juga dengan dinding wadahnya.

Adanya tumbukan ini menghasilkan tekanan. Molekul-molekul gas cepat sekali berdifusi atau bercampur satu dengan yang lain. Jika beberapa macam gas yang tidak saling bereaksi ditempatkan dalam wadah yang sama, maka gas-gas tersebut akan

segera bercampur sehingga membentuk campuran yang homogen. Hal ini karena diantara molekul gas terdapat banyak ruang kosong sehingga molekul itu dapat bebas

bergerak dan hanya sedikit mengalami rintangan.

Berbeda dengan cairan atau zat padat, gas tidak mempunyai bentuk dan volume tertentu. Ukuran molekul gas sangat kecil dan jaraknya sangat renggang sehingga gas

sangat sensitive terhadap perubahan tekanan dan suhu. Gas mudah sekali dimampatkan (compressed) dan dikembangkan (expanded), serta dapat mengisi semua bagian ruangan

volume gas berubah-ubah tergantung tekanan dan suhu, maka kedua faktor tersebut juga harus diukur (Yazid,2005).

2.3 Gas Industri

Gas industri mengemban berbagai fungsi penting dalam ekonomi. Sebagian

diantaranya digunakan sebagai bahan baku untuk membuat bahan kimia lain. Contohnya yang terpenting ialah oksigen, nitrogen, dan hydrogen. Nitrogen digunakan

untuk mempertahankan rasa makanan kemasan karena dapat mencegah reaksi kimia yang menyebabkan lemak kalengan menjadi busuk. Beberapa gas sangat berguna dalam pengobatan, misalnya oksigen dan helium. Tetapi, banyak pula di antara gas ini, zat

cairnya, dan zat padatnya yang sama-sama dapat dimanfaatkan.

Untuk pendinginan, yaitu dengan menyerap kalor melalui evaporasi, dengan

melakukan kerja, atau dengan melebur.dengan berkembangnya industri, timbul pula suatu bidang baru dalam ilmu keteknikan, yaitu kriogenika (cryogenics). Istilah ini mempunyai cakupan yang luas yang menyangkut pembuatan suhu sangat dingin di

bawah -1000C. Suhu kriogenik, atau dingin lanjut (supercold) menyebabkan terjadinya berbagai perubahan fundamental dalam sifat-sifat bahan. Kriogenika telah diterapkan

dalam propulsi roket, fotooptika inframerah, pengolahan data elektronik, dan berbagai penerapan baru dalam bidang magnetika dan pemompaan vakum tinggi. Dalam bidang kimia, kriogenika terutama diterapkan dalam pembuatan nitrogen, dan dalam metalurgi

2.4. Oksigen Dan Nitrogen 2.4.1. Oksigen

Oksigen atau zat asam adalah unsur kimia sistem periodik unsur yang mempunyai lambing O dan nomor atom 8. Oksigen merupakan unsur golongan kalkogen dan dapat dengan mudah bereaksi dengan hampir semua unsur lainnya

(utamanya menjadi oksida). Pada temperatur dan tekanan standart, dua atom unsur ini berikatan menjadi dioksigen, yaitu senyawa gas diatomik dengan rumus O2. Oksigen

merupakan unsur yang paling melimpah ketiga di alam semesta berdasarkan massa dan unsur paling melimpah di kerak bumi, gas oksigen diatomik mengisi 20,9% volume atmosfer bumi. Gas oksigen merupakan gas yang sangat reaktif, hampir semua unsur

dan senyawa dapat bereaksi dengan oksigen. Reaksi oksigen dengan suatu zat dikenal dengan nama oksidasi. Oksigen terdapat dimana-mana, bukan hanya sebagai gas

melainkan senyawa-senyawa yang berjumlah seperlima volume atmosfer. Pada lapisan kulit bumi, oksigen merupakan unsur yang paling banyak terdapat dikulit bumi, yaitu sekitar 46,6%. Dalam tubuh makhluk hidup banyak berlangsung reaksi oksidasi, itulah

sebabnya gas oksigen sangat penting sekali bagi kehidupan kita. Gas oksigen ini jika melebihi kadarnya dari 12% dapat memberikan efek negatif dalam tubuh kita, sehingga

tubuh kita harus mengaktifkan enzim-enzim katalase, peroksidase, dan superoksida untuk mencegah efek negatif tersebut (Bahl,1943).

2.4.1.1. Sifat-sifat oksigen

Adapun sifat-sifat oksigen adalah sebagai berikut : 1. Dalam bentuk diatomik (O2) berwujud gas

3. Titk beku -219oC.

4. Baik oksigen padat atau oksigen cair mempunyai warna biru muda.

5. Bereaksi dengan semua unsur, kecuali dengan gas-gas mulia selain xenon. 6. Dapat larut sekitar 0,05 liter dalam satu liter air (Austin,1996).

2.4.1.2. Penggunaan Gas Oksigen

Pada tahun 1981 produksi oksigen di Amerika Serikat adalah 11,75x109m3. Ini

merupakan penurunan dibandingkan dengaan tahun 1979 dan 1980, dan merupakan tahun kedua berturut-turut yang produksi nitrogennya melebihi oksigen. Oksigen diproduksi dengan cara likuefaksi dan rektifikasi udara didalam unit kompak yan sangat

efisien. Dan berisolasi baik, atau dengan sistem adsorpsi ayun tekanan. Penyediaan bahan baku tidak pernah jadi masalah, dan karena biaya untuk pengangkutan produk

cukup besar, pabrik oksigen biasanya ditempatkan berdekatan dengan lokasi pemakaian. Adapun kegunaan dari gas oksigen, yaitu :

1. Gas oksigen diperlukan oleh para penyelam, pendaki gunung dan antariksawan

juga para penderita penyakit paru-paru dan saluran pernafasan memerlukan oksigen.

2. Untuk produksi baja didalam tanur terbuka atau tanur oksigen

3. Untuk membersihkan kerak pada industri baja dari besi gelondongan dengan nyala oksiasetilena.

4. Oksigen cair (liquid oksigen atau “LOX”) digunakan sebagai bahan bakar pesawat ruang angkasa.

6. Untuk pengerjaan logam gasifikasi dibawah tanah, dan operasi metalurrgi nonfero (Austin,1996).

2.4.2. Nitrogen

Nitrogen merupakan komponen terbesar yang terdapat di udara yakni dengan

volume sekitar 78%. Nitrogen juga merupakan gas inert yaitu gas yang sukar bereaksi pada temperatur biasa. Nitrogen dalam keadaan terikat biasanya dalam bentuk

persenyawaan seperti nitrat, nitrit, ammonium sulfat dan lain-lain. Nitrogen juga memiliki persenyawaan dengan tumbuh-tumbuhan dan hewan (Bahl,1943).

2.4.2.1. Sifat-sifat Nitrogen

Adapun sifat-sifat nitrogen adalah sebagai berikut :

1. Nitrogen merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau.

2. Titik didih : -196,183445ºC 3. Titik beku : -210,65 ºC 4. Temperature kritis : -147ºC

5. Sukar larut dalam air

6. Pada temperature kamar sulit bereaksi

7. Dengan bunga api listrik dapat bereaksi dengan hidrogen dan oksigen. 8. Isotop-isotopnya adalah sebesar N1419,62% dan N15 sebesar 0,38%. 9. Densitas gas nitrogen pada suhu 0ºC, tekanan 1 atm adalah 1,209,9ºC.

10.Bilangan oksidasinya +5 dan -3.

11.Gas nitrogen berkondensasinya menjadi cairan tidak berwarna pada suhu

12.Pada temperatur tinggi, nitrogen dapat bereaksi dengan oksigen membentuk nitrogen oksida, sementara pada temperatur rendah nitrogen bereaksi dengan

hydrogen membentuk amoniak (Austin,1996).

2.4.2.2. Penggunaan Gas Nitrogen

Nitrogen merupakan gas industri terbesar pada tahun 1981 dengan produksi sebesar 13,6 x 109 m3. Adapun kegunaan nitrogen antara lain :

1. Industri Kimia

a. Pembantu polymidis, nitrogen digunakan untuk lapisan garam neflon untuk kebutuhan reaktor.

b. Pembuatan polimer styrene, acrilonitrile, nitrogen digunakan untuk mengeluarkan oksigen dari polimer tersebut.

c. Pembuatan asetil resin dan formaldehid, nitrogen digunakan untuk membersihkan reactor dari oksigen.

d. Pembuatan senyawa nitrogen lainnya seperti amoniak.

2. Industri petroleum

a. Dalam penyulingan petroleum, nitrogen digunakan dalam regenerasi dan

pembentukan katalis.

b. Dalam pembuatan lilin petroleum, yaitu pada proses penyulingan lilin, nitrogen digunakan untuk membersihkan lilin dari senyawa lainnya dan

3. Industri makanan

a. Digunakan untuk mencegah pertumbuhan jamur gangguan serangga.

b. Digunakan untuk mempercepat proses pengawetan dengan cara pendinginan pada sayur, buah-buahan dan makanan laut yang akan dieksport.

4. Industri-industri lain

a. Sebagai pengisi bola lampu listrik (booglamp) agar oksidasi terhadap

kawat filament bias dicegah atau diperlambat.

b. Pada thermometer digunakan sebagai pengisi ruang di atas raksa agar penguapan raksa bisa dikurangi (Austin,1996).

2.5. Pengukuran Tekanan

Tekanan dapat mempengaruhi proses-proses kimia dan fisika (misalnya hidrasi, filtrasi) dan seringkali menentukan sifat-sifat fisik bahan (misalnya kelarutan gas). Tekanan member gambaran tentang pembebanan terhadap peralatan (misalnya autoklaf)

dan sangat penting pada transportasi bahan cair dan gas dalam saluran pipa. Sering juga besaran-besaran ukur lain diubah menjadi tekanan oleh transmiter pneumatik, yang

diubah menjadi sinyal pneumatik yang proporsional. Sinyal ini dikirimkan ke alat penunjuk, pencatat serta pengatur. Berdasarkan titik acuannya, tekanan dapat dibedakan menjadi 3 :

1. Tekanan lebih (gauge Pressure) : Tekanan yang lebih besar dari tekanan atmosfir disekitar alat ukur (beda tekanan terhadap tekanan atmosfir).

2. Tekanan kurang : Tekanan yang lebih kecil dari tekanan atmosfir disekitar alat ukur. Tekanan tersebut diberi symbol p dan mempunyai satuan bar atau

mbar.

3. Tekanan absolut : Tekanan yang didasarkan pada tekanan nol absolut (vakum absolut). Tekana absolut digunakan terutama pada teknik vakum,

mengingat dibidang tersebut perubahan tekanan atmosfir dapat mengakibatkan kesalahan besar. Alat pengukur tekanan absolut tidak boleh

berinteraksi dengan tekanan atmosfir, atau tekanan atmosfir harus dikompensasi dengan instalasi khusus (Bernasconi,1996).

2.6. Pengaruh Tekanan Tinggi

Pada suhu rendah tetapi tekanan tinggi, gas menjadi tidak sempurna baik termal

dan calorically. Hal ini disebabkan oleh gaya antarmolekul dan volume yang ditempati oleh molekul. Untuk contoh, pada suhu sekitar, 300 ºK, penyimpangan dari hukum gas sempurna menjadi signifikan pada sekitar 10 atm, sementara pada 1000 ºK,

penyimpangan tidak menjadi signifikan sampai sekitar 100 atm. Meskipun rezim suhu tinggi tekanan rendah jarang ditemui dalam dinamika gas, situasi seperti ini

2.7. Proses Destilasi

Destilasi berarti memisahkan komponen-komponen yang mudah menguap dari

suatu campuran cair dengan cara menguapkannya, yang diikuti dengan kondensasi uap yang terbentuk dan menampung kondensat yang dihasilkan. Pemisahan udara cair menjadi nitrogen dan oksigen didasarkan pada perbedaan titik didihnya. Zat yang lebih

volatil yaitu nitrogen yang mempunyai titik didih -195,60C akan menguap lebih banyak dari pada oksigen yang mempunyai titik didih -182,8 0C. Udara yang masuk ke

kolom destilasi berada pada temperatur dan tekanan yang ada pada kolom destilasi. Oleh karena itu destilasi udara cair sebenarnya bukanlah hanya destilasi campuran biner yang sederhana, tetapi dilengkapi dengan kolom rektifikasi ganda. Pada pemisahan

udara ini digunakan pemisahan udara dengan linde kolom ganda dan destilasi vakum (Perry,1955).

2.7.1. Pemisahan Udara Dengan Linde Kolom Ganda

Merupakan kolom destilasi yang kondensor dan reboiler (pendidih ulang) bergabung. Kolom bagian bawah bertekanan tinggi, dimana terjadi pemisahan udara

cair. Cairan yang turun kebawah merupakan yang kaya dengan oksigen. Sedangkan uap yang naik ke atas lebih kaya dengan nitrogen. Uap ini didinginkan oleh oksigen cair

yang ada pada kolom atas bertekanan rendah yang sekaligus menyerap panas dari uap yang kaya dengan nitrogen. Penyerapan panas ini menyebabkan oksigen cair menguap, nitrogen pada bagian bawah akan mengembun dan tertampung pada piringan atau

dengan kata lain bagian bawah dari kolom berfungsi sebagai penukar panas, dimana dibawahnya di bawahnya akan bertindak sebagai kondensor.

exchanger, dimana kondensor akan membantu kolom bawah dan reboiler untuk kolom

atas. Karena nitrogen lebih volatil dari pada oksigen, maka nitrogen akan naik

(menguap) dan oksigen akan turun ke bawah kolom bertekanan tinggi yang lebih besar dari atas kolom sehingga temperaturnya juga akan turun. Pemisahan ini terjadi akibat penguapan dari cairan yang bertitik didih rendah sedangkan yang lainnya mencair. Uap

tersebut dapat diembunkan sebagai kondensat yang diperoleh dengan menurunkan suhunya (Cambel,1963).

2.7.2 Destilasi Vakum

Titik didih suatu cairan bergantung pada tekanan, apabila tekanan sekeliling

meningkat maka titik didih akan naik dan apabila tekanan sekeliling berkurang, titik didih juga akan turun. Sifat ini dimanfaatkan pada penguapan dalam destilasi vakum,

pada tekanan sekeliling yang tetap besarnya suatu cairan akan selalu mendidih pada suhu yang sama. Disamping penguapan pada tekanan normal, maka penguapa vakum merupakan proses yang penting. Kondisi vakum menyebabkan titik didih campuran

yang akan dipisahkan turun, sehingga campuran dapat diuapkan pada suhu yang jauh lebih rendah dibandingkan pada tekanan normal. Hal ini memungkinkan penanganan

secara berhati-hati pada produk yang peka terhadap suhu atau yang mudah terdekomposisi. Kerugian pada destilasi vakum adalah masih diperlukannya alat-alat tambahan, disamping itu viskositas cairan lebih tinggi pada suhu dan laju perpindahan

2.8. Proses Pengolahan Nitrogen dan Oksigen Dari Udara

Proses pengolahan nitrogen dan oksigen di PT. Aneka Gas Industri Medan

dilakukan secara bertahap dalam beberapa proses yang berbeda dengan tujuan untuk memperoleh nitrogen dan oksigen yang berkualitas baik. Secara ringkas, tahap-tahap proses pengolahan bahan baku (udara) sampai dihasilkan nitrogen dan oksigen cair

adalah sebagai berikut :

1. Penyaringan Udara (Air filter)

2. Kompresi Udara (Air turbo compressor) 3. Pendinginan Udara (Air percooling system) 4. Penghilangan kotoran (Molecular sieve)

5. Penghilangan panas (Recycle air turbo compressor) 6. Perubahan energi (Turbin expander)

7. Kolom destilasi (Rectify system) 8. Penyimpanan produk (Storage tank)

2.8.1. Filter udara

Filter udara berfungsi sebagai penahan debu atau kotoran-kotoran yang ada di

udara. Filter ini berupa kantung yang terbuat dari serat polyester untuk penahan debu yang dapat menyebabkan kompresor terganggu. Secara otomatis dengan waktu sekitar 15 detik sekali filter ini menghembuskan kembali ke arah luar hisapan agar debu yang

2.8.2. Air turbo compressor air system

Merupakan mesin fluida untuk memberikan tekanan dan mengalirkan udara

kemudian udara yang dihisap oleh kompresor ditekan kira – kira 0,6 MPa kemudian didinginkan dalam air precooling system.

2.8.3. Air preecooling system

Air preecooling berfungsi untuk mendinginkan udara yang keluar dari

compressor. Pada air cooling system terdapat dua cara pendinginan pada kolom. cara

pertama yaitu dari tengah kolom ke bawah kolom yang didinginkan oleh cooling tower, sedangkan dari atas kolom ke tengah kolom didinginkan oleh water cooling yang dibantu oleh RU (refrigerant unit). Refrigerant unit adalah mesin untuk mindinginkan

atau memindahkan panas air kemudian air yang dingin mengalir melalui pompa menuju air cooling sehingga suhu udara keluar air cooling ini ±11oC. Udara yang keluar dari

air preecooling system menjadi lebih dingin (± 6oC). 2.8.4. Molecular Sieve

Alat ini berbentuk vessel yang didalamnya berisi Molecular sieve atau

didalamnya terdapat silika gel yang dapat menyerap kandungan H2O, CO2, dan senyawa

Hidrokarbon, Molecular sieve merupakan senyawa yang tersusun dari elemen-elemen

dan komponen-komponen yang kompleks seperti aluminium, silikon, dan sodium. Komponen-komponen ini membentuk kramik yang stabil. Molecular sieve digunakan sebagai pengering, pemurni, dan pemisah komponen-komponen yang terkandung

didalam gas maupun cairan. Hal ini disebabkan cara kerja Molecular sieve yang sangat kuat mengikat partikel-partikel tertentu dan dapat menyaring molekul-molekul yang

a) Menghilangkan uap air yang mungkin lolos dari water separator b) Menghilangkan karbondioksida

c) Menghilangkan hidrokarbon.

Hal ini disebabkan karena impurities (kotoran) tersebut dapat menyumbat saluran udara proses pada temperatur rendah. Molecular Sieve ini beroperasi pada suhu

18 oC pada tekanan 0.445 Mpa. Molecular Sieve ini terdiri dari dua unit yang bekerja secara bergantian. Dimana Molecular Sieve A beroperasi, maka Molecular Sieve B

Regenerasi dan begitu sebaliknya. Lamanya setiap Molecular Sieve bekerja adalah 8 jam. Tujuan dari regenerasi ini adalah apabila silika gel tersebut sudah jenuh terhadap penyerapan kotoran, maka harus dihilangkan dengan cara pemanasan yang dilakukan

dengan media pemanas waste N2 yang berasal dari kolom atas destilasi yang

sebelumnya N2 dipanaskan dulu pada electrical heat acumulator (Heat Exchanger).

Adapun cara kerja Molecular Sieve adalah sebagai berikut:

a. Heating

Heating berfungsi untuk memanaskan Molecular Sieve yang sedang diregenerasi

agar tidak jenuh setelah bekerja selama 8 jam sampai temperature 185oC yang dikeluarkan melalui heater dengan aliran (flow) 1100 Nm3/jam dan dibutuhkan

waktu 14200 detik.

b. Cooling

Cooling berfungsi untuk mendinginkan Molecular Sieve yang sudah dipanaskan

sampai temperature 42oC dengan aliran (flow) 1400 Nm3/jam dan dibutuhkan waktu 11700 detik.

Upload berfungsi untuk penyamaan tekanan antara Molecular Sieve yang sedang

beregenerasi dan MS yang bekerja, sehingga antara MS yang bekerja dan

beregenarsi memiliki tekanan yang sama sekitar 0.451 Mpa dengan waktu sekitar 800 detik.

d. Exchange

Exchange berfungsi untuk perpindahan antara MS yang beregenerasi dan MS yang sedang bekerja. Pada tahap exchange ini MS bergantian secara otomatis,

dimana MS yang beregenerasi akan berpindah menjadi MS yang bekerja (MS work) sedangkan MS yang bekerja akan berpindah menjadi MS regenerasi dan dibutuhkan waktu sekitar 1100 detik.

e. Unload

Unload berfungsi untuk penurunan tekanan pada MS yang baru beregenerasi

dengan waktu sekitar 480 detik dan tekanan 0 Mpa.

2.8.5. Instrument air and circulating air turbo compressor system

Air turbo compressor system berfungsi sebagai sumber tenaga untuk

menggerakkan turbin. Pada tahap ini terbagi dalam 4 stage: a. Stage I

Udara masuk ke stage I dengan suhu awal 260C dan tekanan sekitar 0.44 Mpa ( 4 Bar) sehingga timbul panas, kemudian panas yang timbul (720C) didinginkan hingga mencapai suhu 400C pada intercooler I.

b. Stage II

Dari intercooler I ditekan ke stage II, kemudian panas yang ditimbulkan (910C)

c. Stage III

Dari intercooler II ditekan ke stage III, kemudian panas yang di timbulkan

(860C) didinginkan pada intercooler III, sampai mencapai suhu ±41oC. d. Stage IV

Dari intercooler III ditekan ke stage IV, kemudian panas yang ditimbulkan

(810C) didinginkan pada intercooler IV,sampai mencapai suhu ±42oC dan tekanan yang keluar mencapai 2,60 MPa (26 Bar).

2.8.6. Expansion Turbine System

Yaitu mesin untuk mengubah energi tekan dan enrgi panas dari gas nitrogen

menjadi energi mekanik berupa putaran poros dan memisahkannya berdasarkan perbedaan temperature titik cair dan berat jenisnya. Ada 2 cara pendinginan untuk

mencapai titik cair tersebut, yaitu :

a. Isoentalphic Expantion

Menurunkan suhu dengan cara menaikkan tekanan gas, gas bertekanan tinggi di

alirkan ke tempat bertekanan rendah melalui saluran kecil seperti expantion valve maka suhu gas tersebut akan turun.

b. Adiabatic Expantion

Menurunkan suhu dengan cara mengubah energi panas dan energi tekan pada gas menjadi mekanik pada expantion turbin. Kemudian udara ini di campur dengan

udara recycle yang keluar dari expander yang sudah di panaskan dalam heat exchanger I dan heat exchanger II (dengan udara yang masuk maupun liquid gas untuk reflux) di

1. Satu aliran di naikkan lagi tekanannya menjadi 4,1265 Mpa dengan high temperature expanding booster, kemudian di dinginkan dalam heat exchanger I.

Sebagian dari aliran ini yang bersuhu 2500K (pada bagian heat exchanger I) di alirkan ke high temperature expander/hot expander dan keluar bergabung dengan udara yang keluar dari heat exchanger II untuk pendinginan di heat exchanger I. Udara dingin

lainnya (lebih dingin dari 2500K) di dinginkan lebih lanjut di heat exchanger II dan diexpansikan dengan expansi valve masuk ke lower colum.

2. Satu aliran lainnya di naikkan lagi tekanannya menjadi 3,686 Mpa dengan low temperature expanding booster, kemudian di dinginkan dalam heat exchanger I

menjadi 1570K diexpansikan (semuanya) di low temperature expander dan keluar ke

liquid separator.

2.8.7. Rectify System

Kolom destilasi ini merupakan destilasi bertingkat (fraksinasi) yang terdiri dari tray-tray, yang terdiri dari 2 kolom yaitu kolom bawah bagian atas dan bawah, kolom atas bagian atas dan bawah. udara proses yang masuk ke dalam kolom bawah dengan

tekanan ±0,469 MPa dengan suhu udara proses kira-kira -157oC, merupakan bahan baku (udara) yang kaya akan oksigen dan nitrogen. Nitrogen yang terdapat pada kolom

bawah bagian bawah akan menguap kekolom bawah bagian atas (ke kondensor) melewati tray-tray pada kolom tersebut, yang disebabkan oleh perbedaan titik cair oksigen yang lebih rendah. Kemudian Nitrogen yang terdapat pada kolom bawah bagian

bawah tersebut sebagian diekspansikan untuk direfluks (N2 refluks) ke kolom bawah

menguap ke kolom bawah bagian atas (ke kondensor), dan sebagian lagi diekspansikan ke kolom atas bagian atas untuk direfluks dan disimpan ke storage tank.

Sedangkan bahan baku yang terdapat pada kolom bawah bagian bawah (yang kaya akan oksigen) dialirkan ke Heat Exchanger untuk didinginkan lagi, lalu masuk kolom atas untuk dispray (proses ini menggunakan N2 refluks untuk lebih

mendinginkan O2) sehingga pada kolom atas bagian bawah terdapat oksigen cair yang

berguna untuk mendinginkan nitrogen didalam kondensor. Karena adanya perbedaaan

suhu, maka oksigen yang mempunyai titik cair yang lebih tinggi dari nitrogen akan terdapat dibawah dan nitrogen (N2 refluks) akan menjadi uap. Sehingga kolom atas

bagian atas kaya akan nitrogen berbentuk gas.

2.8.8. Storage Tank

Produksi yang dihasilkan ditampung pada masing-masing storage tank dan hasil

produksi mengalir berdasarkan perbedaan tekanan dalam kolom destilasi dengan masing-masing tangkinya. Adapun kapasitas dari storage tank adalah sebagaia berikut :

a) Produksi oksigen cair ditampung pada storage tank SLOC 0112 dan 0113 dengan

daya tampung 18400 mmH2O.

b) Produksi nitrogen cair ditampung pada storage tank SLOC 0110 dan 0111 dengan

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Alat-alat

- Air filter Hangyang Ghuangzou

- Air turbo compressor Samsung

- Air percooling system Samsung

- Molecular sieve Hangyang Ghuangzou

- Recycle air turbo compressor Samsung

- Turbin expander Hangyang Ghuangzou

- Refrigerant unit Hangyang Ghuangzou

- Evaporator Hangyang Ghuangzou

- Cool box Hangyang Ghuangzou

- Storage tank Hangyang Ghuangzou

3.3. Prosedur Penelitian

3.3.1. Pemisahan oksigen dan nitrogen dari udara

- Masukkan bahan baku (udara) ke dalam air filter

- Kemudian Udara dihisap oleh kompresor sampai tekanan 0,6 MPa

- Dinginkan udara dengan menggunakan Air percooling system dengan suhu

sekitar 6-17 0C.

- Hilangkan senyawa (H2O,O2,C2H2) yang ada pada bahan baku dengan

menggunakan Molecular sieve.

- Masukkan bahan baku kedalam Recycle air turbo compressor (untuk menaikkan tekanan) sampai tekanan 3 Mpa

- Masukkan bahan baku kedalam turbine expander (untuk merubah energi tekan menjadi energi gerak).

- Pisahkan setiap komponen yang terdapat dalam bahan baku dengan menggunakan Cool box.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan pada proses pemisahan udara di unit kolom

destilasi terhadap suhu oksigen dan nitrogen diperoleh data hasil analisa sebagai berikut:

Tabel 4.1. Hubungan antara tekanan terhadap suhu oksigen dan nitrogen

4.2. Perhitungan

1. Menghitung Komposisi Komponen Udara Cair Dalam % Berat

Komponen Udara N2 = 78,85 % volum

O2 = 21,15 % volum

N2 yang ada = 78,85 % mol = 0,7885 mol

Pada Keadaan Standart ( 1 atm ) Persen Volum Sama Dengan Persen mol

O2 yang ada = 21,15 % mol = 0,2115 mol

Berat N2 yang ada = 0,7885 x 28 = 22,078 gram

Berat O2 yang ada = 0,2115 x 32 = 6,768 gram

Berat Total = 28,846 gram

N2

Komposisi N2 dan O2 ( % berat )

O2

N2 yang ada = % berat N2 x berat udara

= 76,5375 x 122495,1 kg

= 93754,6872 kg

O2 yang ada = % berat O2 x berat udara

= 23,4625 x 122495,1 kg

= 28740,4128 kg

2. Menghitung Jumlah Kmol Yang Masuk ke kolom

N2

= 3348 kmol

O2

= 898 kmol

Fraksi mol

N2

O2

3. Menghitung Tekanan Parsial

Pparsial = tekanan uap murni x fraksi mol

PN2 = P0N2 x XN2

= 5,89 x 0,78856

= 4,64 kg/cm2

PO2 = P0O2 x XN2

= 1,81 x 0,2114

= 0,38 kg/cm2

Ptot = PN2 + PO2

= 4,64 + 0,38

4. Menghitung pengaruh tekanan terhadap suhu melalui perhitungan regresi

a. Oksigen

Dari tabel diperoleh :

n = 10 ΣX = 53,93

ΣY = -1772,3 Σ X2 = 292,0964

ΣY2 = 314105,93 ΣXY = -9557,143

X

=

Y

=

=

=

Maka persamaan garis regresinya : Y = ax + b

Y = 0,696 x 180,982 atau Y = 180,982 + 0,696 x

b. Nitrogen

Dari tabel diperoleh :

n = 10 ΣX = 53,93

ΣY = -1831 Σ X2 = 292,0964

ΣY2 = 335259,46 ΣXY = -9873,085

X

=

Y

=

Maka persamaan garis regresinya :

Y = ax + b

Y =1,197 x 189,55 atau 189,55 + 1,197 x

4.3. Pembahasan

Dari pengamatan yang telah dilakukan diperoleh data yang menyatakan bahwa tekanan dapat mempengaruhi suhu dari oksigen dan nitrogen. Tekanan memiliki

hubungan yang berbanding lurus dengan suhu dimana semakin besar tekanan tekanan yang diberikan pada kolom destilasi maka akan menyebabkan suhu semakin besar. Sedangkan sebaliknya, yaitu apabila tekanan yang diberikan semakin kecil maka suhu

yang dihasilkan akan semakin rendah.

Hasil yang diperoleh selama penulis melakukan analisa pada periode 10 februari s/d 19 februari 2014 terhadap suhu dengan berbagai variasi tekanan di PT. Aneka Gas

Industri – Medan, yaitu :

Pada tabel 4.2 dan 4.3 telah ditunjukan dengan metode korelasi yang mana hasil yang

telah didapat 99%, dimana hubungan antara nilai X dan Y mempunyai hubungan yang sangat baik. Pada tekanan 5,02 kg/cm2 dihasilkan suhu oksigen sebesar -177,8oC dan nitrogen sebesar -184,0oC, tekanan sebesar 5,06kg/cm2 menghasilkan suhu oksigen

menghasilkan suhu oksigen sebesar -177,5oC dan suhu nitrogen sebesar -183,5oC, tekanan sebesar 5,22kg/cm2 menghasilkan suhu oksigen sebesar -177,3oC dan nitrogen

sebesar -183,4oC, tekanan sebesar 5,35kg/cm2 menghasilkan suhu oksigen sebesar -177,3oC dan nitrogen -183,3oC, tekanan sebesar 5,44kg/cm2 menghasilkan suhu oksigen sebesar -177,2oC dan nitrogen sebesar -183,1oC, tekanan sebesar 5,57kg/cm2

menghasilkan suhu oksigen sebesar -177,1oC dan nitrogen sebesar -182,9oC, tekanan sebesar 5,64kg/cm2 menghasilkan suhu oksigen sebesar -177,0 OC dan nitrogen sebesar

-182,7 oC, tekanan sebesar 5,70kg/cm2 menghasilkan suhu oksigen sebesar -177,0oC dan nitrogen sebesar -182,4 oC, tekanan sebesar 5,80kg/cm2 menghasilkan suhu oksigen sebesar -176,5oC dan nitrogen sebesar -182,0 oC,

Dari hasil analisa yang dilakukan, suhu yang memenuhi standar pabrik (oksigen

-177,8oC, nitrogen -184,0oC) yaitu terdapat pada tekanan optimum 5,02 kg/cm2, pada keadaan tersebut suhu oksigen dan nitrogen sangat stabil. Selain itu, tekanan juga berpengaruh pada kestabilan suhu di dalam kolom. Apabila tekanan di atas 5,02 kg/cm2

maka suhu didalam kolom semakin tinggi, kenaikan suhu ini berpengaruh pada jumlah oksigen dan nitrogen yang mencair akan semakin sedikit. Jika tekanan dibawah

5,02kg/cm2 maka suhu didalam kolom semakin rendah, dimana penurunan suhu ini dapat menyebabkan Dry Ice (penggumpalan es) pada kolom. Apabila Dry Ice pada kolom semakin banyak maka dapat menyebabkan kerusakan pada kolom dan dapat

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa

hubungan tekanan terhadap suhu adalah berbanding terbalik, dimana semakin besar tekanan yang diberikan maka suhu akan semakin rendah, dan begitu juga sebaliknya. Hal ini ditunjukkan dengan harga koefisien

korelasi dengan r = -0,9978

2. Tekanan optimum yang diberikan agar sesuai dengan standar pada kolom destilasi adalah 5,02 kg/cm2 dengan suhu oksigen mencapai

-177,8oC dan nitrogen mencapai -184,0oC, yang mana pada tekanan ini kolom berada pada keadaan yang stabil sehingga tidak menyebabkan

kerugian pada proses produksi. 5.2. Saran

1. Tekanan didalam kolom destilasi sebaiknya di jaga kestabilannya agar

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. (1971). Air Separation Plant. Jakarta: PT.Aneka Gas Industri.

Austin, G.T. 1996. Industri Proses Kimia. Jilid 1. Edisi 5. Jakarta : Penerbit Erlangga.

Bahl, B.S. (1943). Essentials Of Physical Chemistry. New Delhi: S Chand and Company Ltd

Bernasconi, G. (1995). Teknologi Kimia. Edisi Pertama. Jakarta: PT Pradnya Paramita Cambel, A.B. (1963). Real Gases. Volume 1. London : Academic Press.

Chandra, B. (2006). Metodologi Penelitian Kesehatan. Palembang: Buku kedokteran

Perry, R.H. (1955). Chemical Engineering Hand Book. New York : Mc-Graw Hill Company.