PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP KONVERSI REAKSI
PEMBAKARAN SULFUR UNTUK MENGHASILKAN
SULFUR DIOKSIDA DI BURNER TANK
PADA UNIT CHEMICAL PLANT
PT. TOBA PULP LESTARI,Tbk
PORSEA
TUGAS AKHIR
ELISABET M.S
112401074
PROGRAM STUDI DIPLOMA 3 KIMIA DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP KONVERSI REAKSI
PEMBAKARAN SULFUR UNTUK MENGHASILKAN
SULFUR DIOKSIDA DI BURNER TANK
PADA UNIT CHEMICAL PLANT
PT. TOBA PULP LESTARI,Tbk
PORSEA
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar Ahli Madya.
ELISABET M.S
112401074
PROGRAM STUDI DIPLOMA 3 KIMIA DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : Pengaruh Temperatur Terhadap Konversi Reaksi Pembakaran Sulfur untuk menghasilkan Sulfur Dioksida di Burner Tank pada Unit Chemical Plant PT TobaPulp,Tbk
Kategori : Tugas Akhir Nam Elisabet M.S Nomor Induk Mahasiswa : 112401074
Program Studi : Diploma (D3) Kimia Departement : Kimia
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Disetujui di
Medan, Juni 2014
Diketahui
Program Studi Diploma 3 Kimia Ketua,
Dra. Emma Zaidar, M.Si NIP : 195512181987012001
Dosen Pembimbing
Drs.Albert Pasaribu,M.Sc NIP : 196408101991031002
Diketahui / Disetujui
Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,
PERNYATAAN
PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP KONVERSI REAKSI
PEMBAKARAN SULFUR UNTUK MENGHASILKAN
SULFUR DIOKSIDA DI
BURNER TANK
PADA
UNIT
CHEMICAL PLANT
PT. TOBA PULP LESTARI,Tbk
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa karya ilmiah ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2014
PENGHARGAAN
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa, atas rahmat dan cinta kasih-Nya yang telah dilimpahkan-Nya kepada kita semua, sehingga penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP KONVERSI REAKSI PEMBAKARAN SULFUR UNTUK MENGHASILKAN SULFUR DIOKSIDA DI BURNER TANK PADA UNIT CHEMICAL PLANT PT. TOBA PULP LESTARI, Tbk sesuai dengan waktu yang telah ditentukan.
Tugas Akhir ini merupakan hasil kerja praktek di PT. TOBA PULP LESTARI, Tbk. Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan akademik mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan Diploma-3 untuk program studi Kimia Industri di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa karya ilmiah ini jauh dari kesempurnaan karena keterbatasan penulis baik dari segi kemampuan,waktu dan pengetahuan.Hal ini disebabkan karena keterbatasan penulis, baik dalam penguraian ilmu maupun keterbatasan dalam pengalaman yang sejauh ini belum dapat tercapai sebagaimana diharapkan.Oleh karena itu, penulis menerima kritikan dan saran-saran yang bersifat membangun dari para pembaca.
Penulis juga menyadari Karya Ilmiah ini tersusun dan terselesaikan dengan baik karena ada campur tangan dari berbagai pihak yang mendukung penulis dalam meyelesaikan Karya Ilmiah ini, oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Kedua orang tua saya S.Sipayung dan N.Saragih yang telah memberikan banyak kasih sayang kepada saya serta kakak dan abang saya yang telah memberikan dorongan baik moral maupun material.
2. Bapak Drs. Albert Pasaribu, M.Sc selaku dosen pembimbing dan dosen penasehat akademik, Ibu Dr. Rumondang Bulan Nasution, MS selaku ketua Departement Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, dan Ibu Dra. Emma Zaidar, M.Si selaku ketua Program Study D-3 Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara yang banyak mengarahkan dan membantu penulis dalam menyelesaikan Karya Ilmiah ini.
3. Bapak selaku pembimbing lapangan dan keluarga besar departement chemical plant PT. Toba Pulp Lestari, Tbk yang telah banyak memberikan sumbangan, pikiran, tenaga, dan waktu kepada penulis sewaktu penulis melaksanakan Praktek Kerja Lapangan.
4. Bapak Selaku Learning & Dev. Centre Section Head, para staff di L&D Centre ( Ibu Yanthi Sormin, Bapak Derusman Purba ), dan bapak Jhonny Marpaung selaku staff di LP&C yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti Praktek Kerja Lapangan di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk Parmaksian.
5. Kepada teman-teman terdekat saya yaitu ASJ yang dengan rendah hati selalu memotivasi saya dalam proses penulisan Karya Ilmiah ini.
6. Kepada teman-teman saya di Lembaga Pelayanan Mahasiswa Indonesia (LPMI) yang senantiasa mendoakan kami di Prayer Time sampai penulisan Karya Ilmiah ini selesai.
7. Kepada kakak rohani saya yaitu kak Rika Paduri Lumban Gaol dan kak Roita Panggabean yang selalu mendorong dan mendoakan penulis selama masa perkuliahan sampai penulisan Karya Ilmiah ini selesai.
8. Kepada seluruh keluarga yang membantu dalam pengerjaan karya ilmiah ini dan khususnya buat abang Saul Sipayung yang memberikan dukungan buat penulis. 9. Kepada teman – teman seperjuangan di kimia industri stambuk 2011 yang selalu
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, karena itu segala kritik dan saran yang membangun penulis harapkan dalam sempurnanya tugas akhir ini. Sebagai akhir kata, penyusun mengharapkan semoga Tugas Akhir yang telah disusun ini dapat bermanfaat bagi kita semua khususnya bagi mahasiswa Kimia Industri di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Penulis
ABSTRAK
TEMPERATUR INFLUENCE TO CONVERSION REACTION
OF COMBUSTION SULPHUR TO PRODUCT
DIOXIDE SULPHUR IN BURNER TANK
AT CHEMICAL PLANT UNIT
ABSTRACT
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN i
PERNYATAAN ii
PENGHARGAAN iii
ABSTRAK iv
ABSTRACT v
DAFTAR ISI vii
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR ix
BAB 1 . PENDAHULUAN 1
1.1.Latar Belakang 1
1.2 Permasalahan 4
1.3 Tujuan 4
1.4 Manfaat 4
BAB 2 . TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1.Bahan Baku Pembuatan Pulp 5
2.2.Sulfur Dioksida (SO2) 9
2.3.Proses Pembentukan Gas Sulfur Dioksida (SO2) 12
2.4.Pembakaran 16
2.5.Konversi Reaksi 18
2.6.Hubungan Temperatur Terhadap Kecepatan Reaksi 21
BAB 3 METODE PERCOBAAN 26
3.1 Alat dan bahan 26
3.2 Prosedur kerja 26
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 27
4.1 Hasil 27
4.2 Pembahasan 38
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 39
5.1 Kesimpulan 39
5.2 Saran 40
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman Tabel
ABSTRAK
TEMPERATUR INFLUENCE TO CONVERSION REACTION
OF COMBUSTION SULPHUR TO PRODUCT
DIOXIDE SULPHUR IN BURNER TANK
AT CHEMICAL PLANT UNIT
ABSTRACT
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Diera globalisasi ini, dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin
canggih kebutuhan kertas semakin bertambah. Indonesia kaya dengan hutan yang ditumbuhi
berbagai jenis kayu,memiliki prospek yang sangat cerah untuk mendirikan industri pulp dan
kertas.Pulp sebagai bahan baku kertas dapat dibuat dari semua jenis kayu,baik kayu yang
berserat pendek ( hardwood) maupun kayu yang berserat panjang (softwood). Pulp dan kertas
merupakan salah satu komoditi andalan yang diharapkan mamp untuk menunjang
perekonoian di Indonesia .Apalagi bahan bakunya banyak tersedia dibumi Indonesia dan
didukung dengan jumlah yang terus bertambah.
Hal inilah yang melatarbelakangi didirikannya PT.Toba Pulp Lestari Tbk,untuk
memenuhi peningkatan kebutuhan akan kertas dan rayon dalam negeri dan diimport dari
berbagai negara. PT Toba Pulp Lestari berlokasi di desa Sososrladang Porsea,yang
berproduksi secara komersial dimulai pada tahun 1989.Dimana produksi 70 % di eksport ke
mancanegara,sisanya untuk kebutuhan pasar domestik.Kapasitas produksi terpasang pabrik
adalah 240.000 ton pulp/tahun. Bahan baku pabrik ini dihasilkan sendiri oleh Hutan Taman
Industri (HTI) PT.Toba Pulp Lestari saat ini menggunakan jenis kayu Eucalyptus sebagai
bahan baku dalam pembuatan Pulp dan pohon tersebut akan dewasa kira-kira 7-8 tahun
kemudian.
Didalam Industri Pulp,Chemical plant atau pabrik kimia adalah pabrik pendukung
Plant mempunyai pabrik-pabrik yang memproduksi berbagai jenis bahan kimia yang salah
satunya adalah pabrik sulfur dioksida
(SO2 - treatmant).
Chemical plant (pabrik kimia) tersebut memproduksi semua bahan kimia yang
dibutuhkan pada proses lainnya.Pabrik kimia ini sebagian sudah mengalami proses
integrasi,dari tahap permulaan bahan baku garam dapur (NaCl) diikuti bahan kimia lainnya
yang memproduksi kaustik (NaOH),klorin dioksida (ClO2),asam klorida (HCl) dan natrium
hipokhlorit (NaOCl) dengan elektrolisa sel yang menggunakan membran.
Pengolahan sulfur dioksida (SO2 - treatmant) adalah merupakan salah satu bagian
dari produksi di pabrik kimia yang khusus menghasilkan larutan dioksida (SO2 - water).Pada
unit pengolahan gas sulfur dioksida,dalam menentukan keberhasilan produksi baik dari segi
kualitas dan kwantitasnya adalah pada tahap pembakaran sulfur.Tahap pembakaran sulfur
terjadi pada tungku pembakaran (Sulfur furnance),dimana temperatur tungku pembakaran
sulfur berada pada range 700-800 0C.
Sehubungan dengan penjelasan diatas,maka penulis ingin mempelajari mengenai
masalah tersebut dan menyajikan dalam bentuk karya akhir dengan judul :
“PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP REAKSI PEMBAKARAN SULFUR
UNTUK MENGHASILKAN SULFUR DIOKSIDADI BURNER TANK PADA CHEMICAL PLANT PT.TOBA PULP LESTARI,Tbk PORSEA “
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
A. Bahan Baku Pembuatan Pulp
Semua tanaman yang mengandung serat dapat digunakan sebagai bahan baku pulp,
tetapi efisiensi tidaknya tergantung pada kandungan seratnya. Dalam penyediaan bahan baku
yang penting diketahui adalah potensi sifat dari pertumbuhan dan populasinya karena sifat
tersebut akan memegang peranan penting dalam kesinambungan bahan baku tersebut.
Bahan baku pulp dikelompokkkan kedalam kelompok tumbuhan berkayu (wood) atau
tumbuhan bahan baku (nonwood). Tumbuhan berkayu dikelompokkan kedalam dua
kelompok yaitu, tumbuhan kayu berdaun lebar (hardwood) dan tumbuhan kayu berdaun
jarum (softwood).
Tumbuhan berdaun jarum sering disebut kayu jarum yaitu, jenis kayu yang berasal
dari pohon yang daunnya berbebtuk jarum. Jenis ini selalu hijau disepanjang tahun
(evergreen) dan tidak menggugurkan daunnya. Tumbuhan jenis ini tergolong dalam ordo
Coniferalis dari subdivisio Gymnospermae. Contonya Pinus Merkusii.
Tumbuhan kayu berdaun lebar sering dsebut kayu daun yaitu jenis kayu yang berasal
dari kayu berdaun lebar. Umumnya kayu ini menggugurksn daunnya pada musim kemarau.
Dalam sistematika, tumbuhan kayu daun lebar tergolong kelas Dycotiledoneae dari sub
division Angyospermae.Contohnya Eukaliptus alba, albizzia sp, Acasia mangum
Kayu
Kayu merupakan sumber serat utama untuk pembuatan pulp dan kertas, disamping
non kayu. Hampir 93% kebutuhan serat virgin dunia diperoleh dari kayu tersebut. Menurut
ahli botani, kayu dikelompokkan menjadi dua kelompok utama, yaitu kayu jarum (soft wood)
atau Gymnospermae dan kayu daun lebar (hard wood) atau Angiospermae.Perbedaan yang
paling penting dari kedua jenis kayu tersebut terletak pada panjang seratnya, dimana kayu
jarum memiliki panjang serat 1-1,5 mm dan diameter 22µm, sedangkan kayu jarum memiliki
panjang serat rata-rata 3-5mm dengan diameter serat 4,0µm.
Kayu daun lebar merupakan tanaman berdaun lebar yang memiliki daun sempurna,
yaitu terdapatya tanggkai daun, tulang daun, dan helai daun. Para ahli pembuat kertas
umumya menjadikan pulp kayu daun untuk menyempurnakan formasi dari kertas yang akan
dibuat. Kayu daun memiliki kelebihan yaitu serat yang pendek yang akan memberikan
formasi kertas yang lebih baik daripada pulp kayu jarum.
Kayu tersusun atas sel-sel yang memanjang, kebanyakan diantaranya berorientasi
dalam arah longitudional batang. Mereka dihubungkan satu dengan lainnya melalui
pintu-pintu yang dinyatakan sebagai noktah. Sel-sel ini bentuknya bervariasi tergantung pada
funngsinya, memberikan kekuatan mekanik yang diperlukan oleh pohon, dan juga melakukan
fungsi pengangkut cairan maupun penyimpan persediaan cadangan makanan. Struktur
makroskopis kayu seperti terlihat dengan mata. Empelur yang terletak dipusat dapat dilihat
sebagai garis setiap batang atau cabang.(Harjono, 1995)
Komponen kimia bahan baku a. Selulosa
Selulosa merupakan bahan dasar pulp dan kertas dengan rumus molekul (C6H10O5)n dengan
glukosa, selulosa merupakan rantai panjang polisakarida yang tersusun dari unit β-D
Glukopiranosa dengan ikatan molekul 1-4 β Glukosidik dalam posisi 1-4 menyebabkan rantai
selulosa sukar larut dalam air.
Selulosa merupakan komponen kimia terbesar di dalam dinding sel, biasanya 40-50%
dari berat kering kayu dan lokasi sellulosa terbesar terdapat pada lapisan sekunder diding sel.
Selulosa merupakan komponen struktural dinding serat bersama-sama dengan hemiselulosa
dan lignin. Senyawa ini sangat diharapapkan dalam pembuatan pulp, disebabkan
ketersediaan selulosa dalam jumlah banyak, terbentuk serat yang kuat, mudah menyerap air,
berwarna putih, tidak larut dalam air dan pelarut organik netral serta relatif tahan terhadap
bahan-bahan kimia.
Pembuatan pulp (kertas), degradasi selulosa harus terjadi seminimal mungkin supaya
diperoleh rendemen pulp yang tinggi dan sifat fisik yang baik. Degradasi selulosa dapat
terjadi melalui hidrolisa oksida alkali, termal, mikrobiologi, dan mekanik.
Degradasi sellulosa dapat terjadi selama proses pembuatan pulp oleh larutan alkali
dan asam. Reaksi selulosa utama merupakan reaksi feeling yaitu pemutusan ujung pereduksi
sellulosa pada suhu 700C dan pemutusan gugus asetil secara acak diatas suhu 1500C.
b. Hemiselulosa
Hemiselulosa adalah polimer karbohidrat dengan rantai bercabang dan lebih pendek
dibandingkan dengan selulosa. Hemiselulosa sebenarnya merupakan senyawa kimia yan
identik dengan fraksi beta dan gama selulosa. Hemiselulosa merupakan polisakarida yang
bukan selulosa yang tersusun dari senyawa karbon yang berjumlah 5 atau 6. Jika dihidrolisa
hemisellulosa menghasilkan D- manosa, D- glukosa, D- galaktosa, D-xylosa, L-arabinosa,
dan asam uronat.
Kandungan hemisellulosa dalam pulp akan mempermudah pelunakan dan
non kristal, BM yang rendah dan rantai yang bercabang. Struktur non kristal menyebabkan
hemiselulosa lebih reaktif terhadap alkali dan hidroksi asam dibanding dengan selulosa.
(Haygreen, 1989)
c. Lignin
Lignin adalah suatu polimer kompleks dengan BM tinggi (terdiri dari satuan fenil propana).
Sifat senyawa ini sangat stabil dan sulit untuk dipisahkan serta mempunyai bentuk yang
bermacam-macam. Lignin terdapat dalam lamela tengah dan dinding sel yang berfungsi
sebagai perekat antar sel. Pada pembuatan pulp, lignin dapat dilarutkan oleh hidrolisa asam
pada proses sulfide, alkali panas pada proses soda dan sulfat, serta oleh klorida dalam proses
pemutihan.
Pulp akan mempunyai sifat fisik yang baik apabila mengandung sedikit lignin. Hal ini
disebabkan lignin bersifat hidrofobik dan kaku sehingga menyulitkan dalam proses
pendinginan (refining). Banyaknya lignin akan mempengaruhi konsumsi bahan kimia
pemasak dan pemutihan.
Rumus molekul lignin sangat kompleks dan belum diketahui secara pasti, dari hasil
analisa, monomer dari kedua jenis kayu (wood) dan bukan kayu (non wood) berbeda-beda.
d. Ekstraktif
Ekstraktif adalah senyawa kimia dengan bahan molekul rendah yang dapat larut dalam air
dan pelarut organik. Pada umumnya kadar ekstraktif yang terkandung dalam bahan baku non
wood lebih tinggi daripada kayu daun dan kayu jarum. Zat ekstraktif terdiri dari bahan yang
mudah menguap seperti terpentin, resin, asam lemak, fenol karbohidrat dengan berat molekul
rendah dan juga pektin. Zat ekstraktif yang larut dalam air meliputi gula, pektin, garam –
garam organik dan zat warna. Sedangkan ekstraktif yang larut dalam pelarut organik yaitu
tannin, asam lemak, resin, dan terpen. Pelarut organik yang biasa digunakan yaitu : Petrolium
Ekstraktif dapat mengkonsumsi bahan kimia yang lebih banyak juga dapat
menghambat prose penetrasi larutan kemasan. Sehingga pada pembuatan kertas akan timbul
masalah yang disebut pitch trouble, hal ini disebabkan karena pitch yang dilepaskan pada
waktu penggilingan akan cenderung terkumpul sebagai partikel suspensi koloidal sehingga
akan menyumbat kawat kasa pada mesin kertas atau terkumpul pada felt serta melekat pada
mesin sebagai gumpalan gelap. Dengan adanya hal ini akan menyebabkan kertas berlubang
transparan, bernoda dan kotor. (PT. TPL, 2002)
B.Sulfur dioksida (SO2)
1. Sifat-sifat sulfur dioksida
Sulfur dioksida adalah senyawa oksida sulfur,yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut
:
1. Rumus molekul : SO2
2. Berat molekul : 64,06
3. Titik lebur : -75 0C
4. Titik didih : -100C
5. Warna : Tidak berwarna
Sumber : kirk Othmer “Encyclopedia Of Chemical Technology”
Sulfur dioksida mempunyai unsur-unsur gas,baunya tajam. Apabila gas sulfur
dioksida langsung kena pada kulit maka kulit kita bisa terbakar,sulfur dioksida dapat
membahayakan manusia menyebabkan besi – besi berkarat.
2.Kegunaan sulfur dioksida
Kegunaan gas sulfur dioksida adalah untuk menetralisir keaktifan dari klorin dan
Penetralisasiannya dilakukan dengan mengubah klorin aktif menjadi ion klorin yang tidak
aktif.
Pemakaian dari larutan sulfur dioksida ada pada bagian internal chemical plant
(pabrik kimia) yaitu pada proses akhir dechlorination tank .Anolyte (sisa-sisa larutan garam
dari sel) yang berupa natrium hipo klorit (NaOCl) setelah dielektrolisa yang mengandung
200-2225 gpl NaCl yang masih dapat digunakan untuk menaikkan konsentrasinya di bak
pelarut.
Karena larutan sisa tersebut masih mengandung klorin yang dapat merusak resin pada alat ion
exchanger,maka larutan anolyte tersebut harus mengalami pemisahan klorin terlebih dahulu.
Kemudian larutan anolyte tersebut dialirkan kedalam sebuah tangki yang diinjeksikan
kedalamnya steam dan larutan HCl pada pH 1,4-1,6.
Adapun fungsi penambahan tersebut adalah untuk menghidrolisa anolyte dengan reaksi
sebagai berikut :
2NaOCl + SO2 NaCl + NaOCl +Cl2 + H2O
Untuk memastikan dan menyempurnakan reaksi pembebasan klorin pada anolyte
tersebut adalah merupakan hasil dari SO2 Plant . Sehngga menghasilkan reaksi sebagai
berikut :
2NaOCl + SO2 Na2SO4 + Cl2
Dari reaksi tersebut diatas dapat diketahui bahwa sulfur yang terdapat pada larutan
garam selain berasal dari pembentukan garam juga merupakan hasil oksidasi SO2.
Sedangkan untuk bagian eksternal digunakan pada bleaching plant,zat pemutih yang
(SO2) adalah sebagai anti-klor yang bertujuan untuk menghilangkan dan memutihkan lignin
yang masih tersisa dari proses sebelumnya.Untuk menghentikan kerja dari pada bahan
ClO2,mula-mula diuapkan dan dilarutkan kedalam air kemudian ditambahkan ke pabrik
pengelantangan sebagai larutan cair yang encer.
Penambahan sulfur dioksida memegang peranan penting di dalam proses pemutih
pulp dimana sulfur dioksida berfungsi untuk menetralkan ClO2 atau sisa residu dan
mengoksidasi lignin serta menaikkan brightness sehingga mengrangi pembalikan warna dari
pulp.
C.Proses pembentukan Gas Sulfur Dioksida (SO2)
Proses pembentukan gas sulfur dioksida berlangsung dalam enam tahap utama,yaitu :
1.Pencairan sulfur
a.Aliran Proses
Sulfur yang berbentuk padatan sebanyak 750 kg/hari diumpankan ketangki pencairan
(melting tank). Temperatur melting tank dijaga pada suhu 120-130 0C,dengan media
pemanas steam betekanan rendah.Hal ini dilakukan mengingat titik lebur sulfur sebesar
115,2 0C. Karenanya sulfur pada melting tank tetap dalam keadaan cair dan siap untuk
diumpankan ketangki pembakaran (furnance) .Agar temperatur sulfur tidak mengalami
penurunan selama proses pengumpanan,pada jalur perpipaan dari “melting tank” hingga
ke furnance digunakan jenis pipa “double pipe” dengan media pemanas steam
b.Spesifikasi peralatan
Nama : Melting tank
Berat : 1800 kg
Diameter : 1,2 m
Panjang : 3,0 m
Volume : 3,4 m3
Bahan pengissolasi : Rockwool
Ketebalan isolasi : 80 mm
2.Pembakaran Sulfur
a.Aliran Proses
Sulfur yang berfasa cair,dikontakkan dengan oksigen dari udarapembakaran.Untuk
mengingatkan kesempurnaan proses pembakaran,sulfur diumpankan dengan cara pengabutan
(atomisasi) dengan bantuan steam.Hal ini disebabkan,dalam keadaan mengkabut,sulfur lebih
mudah terbakar sehingga gas hasil sulfur dioksida lebih sempurna terbentuk.
b.Spesifikasi peralatan
Nama : Furnance
Berat : 1750 kg
Diameter : 1,5 m
Bahan pengissolasi : Rockwool
Ketebalan isolasi : 25 mm
3.Pendinginan pertama gas hasil pembakaran
a.Aliran proses
Gas hasil pembakaran yang terdiri dari SO2, O2, N2 dan zat - zat impuritis
lainnya,didinginkan dengan mengontakkan langsung pada media pendingin “mill water”
hingga temperatur menurun menjadi 70-75 0C .Pada alat ini media pendingin dikotakkan
secara berlawanan arah (counter flow) dan untuk meningkatkan transfer panas dilakukan
dengan mensirkulasikan kembali media pendingin mill water ke menara pendingin.
Kelarutan gas sulfur dioksida dalam mill water pada menara pendingin sulit untuk dicapai,hal
ini disebabkan temperatur operasi yang tidak memungkinkan untuk melarutkan gas sulfur
dioksida.
b.Spesifikasi Peralatan
Nama : SO2 gas coolong tower
Berat : 500 kg
Diameter : 1,03 m
Tinggi : 6,30 m
4.Pendinginan Kedua gas Hasil pembakaran
Sistem pendinginan dilakukan dengan menggunakan “heat exchanger” jenis shell and
tube.Media pendingin yang dipergunakan adalah chilled water yang diumpankan secara
berlawanan arah.Maka temperatur akhir gas hasil pendinginan menurun menjadi 15-20 0C.
b.Spesifikasi peralatan
Nama : SO2 gas cooler
Berat : 1100 kg
Diameter : 0,5 m
Luas head Transfer : 19,2 m
5.Penyerapan gas hasil pembakaran
a.Aliran proses
Gas hasil pembakaran setelah melalui pendinginan tahap kedua dengan temperatur
15-200C diumpankan dari dasar menara absorbsi,sementara counter flow media penyerap
chilled water dialirkan dari puncak menara dengan sistem semburan ( spray) .Untuk
memperpanjang waktu kontak antara gas dengan media penyerap,menara absorbsi dilengkapi
dengan isian jenis shuddle packing. Gas SO2 hasil pembakaran akan terserap,sementara
gas-gas yang lain seperti O2 sisa, SO2 yang tidak terserap, N2 dan impuritis lainnya akan terbang
ke atmosfir melalui cerobong menara .Prodk yang dihasilkan dari proses penyerapan adalah
dalam bentuk larutan sulfur dioksida (SO2-water) dengan temperatur akhir 10-15 0C.
b.Spesifikasi Peralatan
Nama :SO2 as absorbtion tower
Diameter : 0,5 m
Tinggi : 9,1 m
6.Penyimpanan Larutan sulfur dioksida
a.Aliran Proses
Larutan SO2 dengan temperatur sekitar 100C dialirkan ketangki
penyimpanan.Temperatur fluida dijaga pada 100, hal ini disebabkan pada temperatur 200C
gas sulfur dioksida akan memisah dengan air.Untuk menjaga kondisi variabel operasi
tersebut,padat tangki dilengkapi dengan pegisolasi,sehingga efek transfer panas dapat
dicegah.
b.Spesifikasi Peralatan
Nama : SO2 water storage tank
Bentuk : Silinder vertikal
Diameter : 5,2 m
Tinggi : 6,1 m
D.Pembakaran
Pembakaran adalah suatu proses reaksi oksidasi antara bahan bakar dengan oksigen
dalam perbandingan tertentu yang berjalan sangat cepat dan disertai dengan timbulnya nyala
terang pada temperatur tinggi.
Untuk dapat berlangsungnya proses pembakaran diperlukan tiga unsur pembakaran
Proses pengolahan gas sulfur dioksida dipabrik kimia PT.Toba Pulp Lestari,Tbk
memakai sulfur sebagai bahan yang dibakar.Sulfur memiliki temperatur pembakaran 243 0
C.Selama berlangsung proses pembakaran temperatur tungku pembakaran sulfur (sulfur
furnance ) berada pada range
700 – 800 0C.
Pembakaran adalah suatu proses reaksi oksidasi antara bahan bakar dengan oksigen
dalam perbandingan tertentu yang berjalan sangat cepat dan disertai dengan timbulnya nyala
terang pada temperatur tinggi yang selanjutnya akan menghasilkan energi panas.
Sulfur atau belerang berlambang (S) pada temperatur kamar berbentuk kristal padat
berwarna kuning.Sulfur mencair pada temperatur 114,5 0C sedangkan titik didih terjadi pada
temperatur 445 0C.
Ketika sulfur dibakar dengan udara maka akan terjadi reaksi pembentukan SO2 dengan reaksi
sebagai berikut :
S(l) + O2(g) SO2(g)
Sulfur adalah unsur non logam yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut :
1. Rumus atom : S
2. Berat atom : 32,0640
3. Berat jenis (padat) : 2,07 gr/cm3
4. Berat jenis (cair) : 1,80 gr/cm3
5. Titik lebur : 115,2 0C
6. Titik didih : 444,6 0C
2.Udara Pembakaran
Udara pembakaran adalah sejumlah udara yang diperlukan untuk bereaksi dengan
bahan bakar.Sebenarnya dalam proses pembakaran yang diperlukan adalah oksigen (O2) yang
terdapat dalam komposisi udara.Udara di atmosfer sebagian besar terdiri dari nitrogen
[image:27.595.78.468.266.535.2](N2),oksigen (O2) dan juga unsur-unsur lain
Tabel 1.Komposisi udara menurut Michael Lewis et al,(1982)
Komponen % Vol Komponen % Vol
N2 78,1 CH2 0,00015
O2 21,0 Kr 0,00015
Ar 0,93 N2O2 0,00005
CO2 0,03 H2 0,00005
Ne 0,0018 O3 0,00004
He 0,00052 Xe 0,000009
Sumber : Michael Lewis et al, (1982)
3.Temperatur Pembakaran
Selama berlangsungnya proses pembakaran,temperatur tungku pembakaran sulfur
(furnance) di pabrik kimia PT.Toba Pulp Lestari berada pada range 700-800 0C . Keadaan ini
cukup untuk memulai proses pembakaran sulfur yang hanya memiliki temperatur
E.Konversi Reaksi
Konversi reaksi atau disebut juga kinetika kimia merupakan bagian dari ilmu kimia
yang mempelajari kecepatan suatu zat berubah menjadi zat lain serta faktor-faktor yang
mempengaruhinya.
Pada umumnya laju reaksi bergantung pada sifat-sifat reaktan,suhu dan ada tidaknya
medan listrik disekitar reaktan.Laju reaksi atau kecepatan reaksi adalah perubahan
konsentrasi zat pereaksi atau produk reaksi tiap satuan waktu. Laju suatu reaksi dapat
dinyatakan sebagai laju berkurangnya konsentrasi suatu pereaksi,atau laju bertambahnya
konsentrasi suatu produk.Pada umumnya konsentrasi dinyatakan dalam mol per liter dan
waktu dinyatakan dalam detik,detik,menit dan jam atau hari bergantung pada lamanya.
Dalam industri khususnya pada bagian proses,reaksi kimia perlu dipercepat untuk
efisiensi produksi.Dengan demikian setiap reaksi kimiaperlu dalam kondisi tertentu agar
diperoleh produk yang memuaskan dan cepat waktu prosesnya.Dengan mengetahui faktor –
faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi,maka reaksi tersebut dapat dikendalikan pada
kondisi yang cocok.
Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi kimia adalah :
1.Sifat dasar pereaksi
Zat-zat berbeda-beda kadar reaksinya,karena mengalami perubahan kimia.Contohnya
nikel dan besi berkarat dalam atmosfer dengan laju yang berlainan,bahkan bila temperatur
dan konsentrasi sama untuk keduanya dan juga natrium bereaksi sangat cepat dengan air pada
2.Temperatur
Dengan menaikkan temperatur suatu reaksi maka tumbukan molekul-molekul akan
lebih cepat terjadi karena molekul-molekul ini bergerak lebih cepat.
3.Konsentrasi pereaksi
Laju suatu reaksi dapat dinyatakan sebagai laju berkurangnya konsentrasi suatu
pereaksi,atau sebagai laju bertambahnya konsentrasi suatu produk.
4.Luas permukaan bidang sentuh
Laju reaksi heterogendipengaruhi luas permukaan bidang sentuh antara zat-zat
bereaksi . Reaksi dapat terjadi antara pereaksi yang sefase maupun yang bebeda
BAB 3
METODE PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan
3.1.1 Alat
Sulfur melting tank (tangki pencairan sulfur) 1. Sulfur Pump (pompa sulfur cair)
2. Air Blower(penghembusan udara)
3. Sulfur Furnance (tungku pembakaran sulfur)
4. SO2 Gas Cooling Tower (menara pendingin gas SO2) 5. SO2 Absorbtion Tower (menara penyerap gas SO2)
6. SO2- Water Storage Tank (tangki penyimpanan larutan SO2)
3.1.2 Bahan
1. Sulfur (Belerang)
2. Oksigen dari udara pembakaran
3.2 Prosedur Kerja
Proses pembuatan SO2 di SO2 plant,yaitu :
1. Dicairkan Sulfur (S) yang dalam bentuk padatan pada alat Sulfur Melting tank (tangki pencairan sulfur) , sebagai media pemanasnya digunakan steam bertekanan rendah.
2. dijaga temperatur pada Sulfur Melting Tank (Tangki Pencairan Sulfur) yaitu 120-130 0
C.
3. Di alirkan sulfur cair dengan bantuan pompa sulfur cair ke tungku pembakaran sulfur. 4. Dijaga temperatur pembakaran dijaga 780 – 805 0C.
5. Didinginkan gas hasil pembakaran di Cooling Tower dengan media pendingin air secara kontak langsung sehingga temperatur gas turun menjadi 75-100 0C.
6. Didinginkan gas sulfur dioksida yang keluar dari cooling tower dengan menggunakan alat pendingin atau disebut Cooler ,sehingga temperatur gas turun menjadi 15- 200 C. 7. Diserap gas Sulfur dioksida dengan menggunakan menara penyerap (Absorbtion
Tower) dengan media penyerap air dimana jenis isian pada menara penjerap adalah
“Saddle Packing”
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil
Data hasil pengamatan yang dilakukan selama 6 jam yang ditunjukkan oleh tabel
[image:31.595.78.468.274.565.2]dibawah ini :
Tabel 4.1 Data Hasil Pengamatan No Temperatur
burner (0C)
Flow udara (m3/jam)
Konsumsi sulfur (kg/jam)
1 780 136 31,2500
2 785 140 31,4583
3 790 144 31,6666
4 795 148 31,8759
5 800 151 32,0833
6 805 153 32,2916
4.1.1 Perhitungan
1.menghitung Pemakaian Sulfur pada Burner Tank
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Kondisi operasi : P = 1 atm dan T = 25 0C
Tetapan gas (R) : 0,08205 l atm/mol 0C
Berat atom sulfur : 32,0640
Berat molekul sulfur dioksida :64,0628
Berat molekul udara :28,8503
Flow udara pembakaran :136 m3
= 136000 liter
n udara
=
=
= 5562,1674 mol
= 5,5621 kmol x BM udara
= 5,5621 kmol x 28,8503 kg/mol
= 160,4682 kg
Untuk menghitung jumlah SO2 (kg/jam)
Jumlah SO2 ( kg/jam ) = Flow chilled water ( m3/jam ) x kadar SO2 (gr/l)
= 6,6, m3/jam x 1000ltr/ m3 x 7,2 gr/l x 1 kg/1000 gr
= 47,52 kg/jam
2. menghitung kandungan uap air dalam udara pembakaran
Dari data diketahui bahwa ;
Wet bulb = 24 0C
Dengan melihat tabel humidity,diperoleh kandungan uap air pada udara pembakaran adalah ;
H = 0,0180 kg uap air / kg udara kering
Maka kandungan uap air dalam udara pembakaran :
H2O = H x n udara
= 0,0180 kg uap air / kg udara kering x 160,4682 kg udara
= 2,8884 kg
Sehingga berat udara kering adalah :
=
-=
= 5,4619 kmol
O2 = (% oksigen dalam udara) x (berat udara kering)
= 0,21 x 5,4619 kmol
=1,1469 kmol x BM O2
= 1,1469 kmol x 31,9988 kg/mol
N2 = ( % nitrogen dalam udara ) x (berat udara kering)
= 0,79 x 5,4619 kmol
=4,3149 kmol x BM N2
= 4,3149 kmol x 28,0128 kg/ kmol
= 120,8724 kg
Pemakaian sulfur sebanyak 750 kg per hari , maka untuk 1 jam operasi sulfu yang digunakan
adalah :
S =
= 31,2500 kg / jam
Diketahui bahwa kandungan air dalam sulfur 2,0290 % sehingga sulfur bebas air adalah :
S = Sulfur masuk – (sulfur masuk x kandungan air dalam sulfur )
= 31,2500 kg/jam – ( 31,2500 kg/jam x 0,02029 )
= 31,2500 kg/jam – 0,6340 kg/ jam
B . Pembahasan
1. Menghitung konversi reaksi sulfur
Dari tabel 2 data ke -1 :
Pada temperatur : 780 0C
Laju SO2 : 47,52 kg/jam
Laju O2 : 36,6994 kg/jam
Laju sulfur cair :30,61600 kg/jam
Dari persamaan reaksi :
S + O2 SO2
Mol Sulfur =
=
= 0,9548 kmol/jam
Mol sulfur dioksida (SO2) =
=
= 0,7417 kmol/jam
Sulfur yang bereaksi =
x
mol sulfur dioksida= 0,7417 kmol/jam
Sulfur yang sisa = Mol sulfur – sulfur yang bereaksi
= 0,9548- 0,7417 kmol/jam
= 0,2131 kmol/jam
Maka dari perhitungan diatas dapatlah diketahui sulfur yang terkonversi adalah :
Konversi sulfur =
=
= 0,7768
2.Menghitung SO2 dan O2 secara teoritis :
Sulfur dioksida
=
x BM SO2= x 64,0628 kg/kmol
= 61,1684 kg/jam
O2 yang bereaksi = x mol sulfur
= x 0,9548 kmol/jam
= 0,9548 kmol/jam x 31,9988 kg/kmo
= 30,5524 kg/jam
O2 yang sisa = O2 mula-mula- O2 yang bereaksi
= 36,6994 – 30,5542 kg/jam
= 6,147 kg/jam
NERACA BAHAN UNTUK SULFUR BURNER
Udara pembakaran
O2 = 36,6994 kg/jam
N2 = 120,8724 kg/jam
H2O = 2,8884 kg/jam
Sulfur cair ; 30,6160 kg/jam
Gas Hasil ;
SO2 = 61,1684 kg/jam
O2 = 6,1470 kg/jam
N2 = 120,8724 kg/jam
H2O = 61,1684 kg/jam
SULFUR
Tabel 3. Neraca Bahan untuk Sulfur Burner
Masuk Kg/jam Keluar Kg/jam
S 30,6160 SO2 61,1684
O2 36,6994 O2 6,1470
N2 120,8724 N2 120,8724
H2O 2,8884 H2O 2,8884
Total 191,0762 Total 191,0762
Tabel 4.Hasil Perhitungan Konversi Reaksi Pembakaran Sulfur
No Temperatur
Burner (0C)
Sulfur
yang
masuk
(kmol/jam)
Sulfur
yang
bereaksi
(kmol/jam)
Sulfur yang
sisa
(kmol/jam)
Konversi sulfur
1 780 0,9548 0,7417 0,2131 0,7768
2 785 0,9612 0,7623 0,1989 0,7930
3 790 0,9675 0,7726 0,1949 0,7985
4 795 0,9739 0,7829 0,1910 0,8038
5 800 0,9803 0,8035 0,1768 0,8196
[image:38.595.79.507.411.765.2]3.Perhitungan garis regresi
Dari data-data yang diperoleh berdasarkan hasil pengamatan dan
perhitungan,maka data yang digunakan untuk menyelesaikan masalah temperatur terhadap
konversi reaksi sulfur,yakni menentukan temperatur reaksi yang tepat agar diperoleh sulfur
dioksida yang maksimal.Yaitu dengan menggunakan teori statistik dengan pendekatan garis
regresi menurut persamaan
Y = a + bx
Dimana : X adalah temperatur reaksi (0C) dan Y adalah konversi sulfur
.Untuk memperoleh konstanta a dan b pada persamaan garis regresi linear dapat dihitung
dengan menggunakan rumus :
a =
b =
Untuk mengetahui kuat atau tidaknya hubungan antara x dan y digunakan nilai koefisien
korelasi yang mempunyai batasan harga sebesar -1 sampai +1 . Rumus yang digunakan
adalah sebagai berikut :
No Temperatur
Burner (X)
Konversi
Reaksi (Y)
X2 Y2 X.Y
1 780 0,7768 608400 0,6034 605,904
2 785 0,7930 616225 0,6288 622,505
3 790 0,7985 624100 0,6376 630,815
4 795 0,8038 632025 0,6460 639,021
5 800 0,8196 640000 0,6717 655,680
6 805 0,8248 648025 0,6802 663,964
4755 4,8165 3768775 3,8677 3817,889
Keterangan :
N = banyak percobaan
= jumlah temperatur burner
= jumlah konversi reaksi sulfur
Dari tabel diperoleh :
N = 6
= 4755
= 4,8165
2
2
= 3,8677
= 3817,889
Rumus analisa regresi linier sederhana : Y= a+bx
a =
=
=
=
= -
0,6694
b =
=
=
= 0,0018
a = -0,6694
Maka persamaan garis regresinya menjadi :
Y= - 0,6694 + 0,0018 X
Sedangkan untuk mencari koefisien korelasi (r) dari persamaan regresi linier diatas dapat
dicari dengan rumus sebagai berikut
r =
r =
r
=
r = =
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1.Kesimpulan
Berdasarkan hasil kerja praktek lapangan serta hasil pembahasan
( perhitungan) yang dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Hubungan antara temperatur terhadap konversi reaksi sulfur yang terdapat pada
pembakaran sulfur yaitu semakin tinggi temperatur pemanasan,maka sulfur dioksida
yang dihasilkan juga semakin banyak,yang mana temperatur pembakaran harus
berada pada range 700-800 0C . Dari harga koefisien korelasi (r) yang besarya 0,9623
menunjukkan bahwa hubungan antara temperatur dengan konversi reaksi pembakaran
sulfur adalah sangat erat.
2. Setelah melihat hasil perhitungan maka temperatur yang terbaik untuk menghasilkan
gas sulfur dioksida adalah pada temperatur 780-8500C,jika temperatur diatas 850 0C
maka gas SO2 tidak terbentuk tetapi akan mengarah pada terbentuknya SO3 dan
sebaliknya jika temperatur berada dibawah 7800C sulfur yang terbakar tidak
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2002. Chemical Plant Operating Manual : Training and development center PT.Toba Pulp lestari – Porsea.
Anonim. 2003. Cell House : Training and development center PT.Toba Pulp Lestari – Porsea.
Haygreen, J.G. dan Jim L. Bowler. 1996. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu Suatu Pengantar.Terjemahan Sutjipto A Hadikusumo. Yogyakarta : Gadjah Mada University Press.
Pudjaatmaja,A. H.1998.”Kimia Untuk Universitas “ edisi ke-enam. Penerbit : Erlangga.
