Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari O-Xylene dan Udara

(1)

PRARANCANGAN PABRIK PHTHALIC ANHYDRIDE DARI

O-XYLENE DAN UDARA DENGAN KAPASITAS 80.000 TON/TAHUN

Disusun oleh:

Aldin Muhammad Qadrian 10/302143/TK/37309

Dosen Pembimbing: Wiratni, S.T., M.T., Ph.D.

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA 2014

(2)

ii LEMBAR PENGESAHAN

Tugas Perancangan Pabrik Kimia dengan judul :

PRARANCANGAN PABRIK PHTHALIC ANHYDRIDE DARI O-XYLENE DAN UDARA DENGAN KAPASITAS 80.000 TON/TAHUN

Dikerjakan oleh :

Maulana Gilar Nugraha 10/300881/TK/36681 Aldin Muhammad Qadrian 10/302143/TK/37309

Telah diperiksa dan disetujui Yogyakarta, Juni 2014

Dosen Pembimbing,

(3)

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun

iii PERNYATAAN

Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam mengerjakan tugas PPK ini kami tidak melakukan pemalsuan (fabricating) data dan tidak menjiplak karya orang lain. Semua materi dalam laporan tugas PPK ini merupakan hasil karya kami sendiri, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Jika di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam tugas PPK ini, maka kami bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan.

Yogyakarta, 11 Juli 2014

(4)

iv KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kepada Allah SWT yang selalu melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Prarancangan Pabrik Kimia ini. Adapun tugas ini disusun sebagai prasyarat untuk menyelesaikan jenjang studi strata satu (S-1) di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada.

Judul tugas akhir yang dikerjakan adalah “Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun. Bagian yang dibuat terperinci adalah reaktor (R-01) dan Switch Condenser (SC-01).

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu sehingga Tugas Prarancangan Pabrik Kimia ini bisa tersusun, antara lain kepada :

1. Ir. Moh. Fahrurrozi, MSc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada.

2. Wiratni, S.T., M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas bimbingan yang diberikan selama penyusunan laporan.

3. Orang tua dan keluarga besar yang senantiasa memberikan restu, doa, dan bimbingan.

4. Teman-teman Teknik Kimia UGM Angkatan 2010 yang telah memberikan semangat dan kebersamaan.

5. Seluruh pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam terselesaikannya Tugas Perancangan Pabrik Kimia ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Akhir kata, penulis mohon maaf atas segala kekurangan dan semoga Tugas Perancangan Pabrik Kimia ini dapat memberikan manfaat yang sebesar-besarnya kepada ilmu pengetahuan.

Yogyakarta, Juni 2014

(5)

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun

v DAFTAR ISI Halaman Judul ... i Lembar Pengesahan ... ii Pernyataan ... iii Kata Pengantar ... iv Daftar Isi... v Intisari ... vi Abstract ... vii BAB I : PENDAHULUAN ... 1

BAB II : URAIAN PROSES ... 8

BAB III : SPESIFIKASI BAHAN ... 14

BAB IV : DIAGRAM ALIR ... 16

BAB V : NERACA MASSA ... 19

BAB VI : NERACA PANAS ... 24

BAB VII : SPESIFIKASI ALAT ... 28

BAB VIII : UTILITAS ... 47

BAB IX : LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... 98

BAB X : PERTIMBANGAN ASPEK KESELAMATAN, KESEHATAN KERJA, DAN KELESTARIAN LINGKUNGAN ... 105

BAB XI : ORGANISASI PERUSAHAAN ... 128

BAB XII : EVALUASI EKONOMI ... 140

BAB XIII : KESIMPULAN ... 161

DAFTAR PUSTAKA ... 162 LAMPIRAN

(6)

vi INTISARI

Phthalic anhydride adalah bahan utama dalam pembuatan plasticizer yang digunakan untuk memproduksi lapisan fleksibel seperti wallpaper dan upholstery fabric dari polimer yang cukup getas. Selain itu, penggunaan phthalic anhydride lainnya adalah untuk produksi unsaturated polyester resins, alkyd resins dan lain-lain.

Pembuatan phthalic anhydride secara garis besar terdiri atas 5 tahap. Tahap pertama adalah pengolahan bahan baku berupa o-xylene dan udara. Bahan baku akan dipanaskan sampai suhu 350oC dan tekanan 6 atm sebelum masuk ke dalam reaktor. Tahap kedua adalah tahap oksidasi yang berlangsung dalam reaktor fixed bed multitube dengan bantuan katalis. Tahap ketiga adalah tahap kondensasi gas keluaran reaktor di dalam switch condenser. Tahap keempat adalah pemurnian hasil dengan aging tank dan menara distilasi yang bertujuan untuk memisahkan phthalic anhydride dari komponen lain. Tahap terakhir adalah tahap pemadatan produk menggunakan flaker. Selanjutnya produk flake phthalic anhydride akan disimpan dalam bin sebelum di packing.

Pabrik ini dirancang dengan kapasitas 80.000 ton/tahun atau 10080 kg/jam. Produk phthalic anhydride dengan kemurnian 99,8% dihasilkan diproduksi dari 9753,84 kg/jam o-xylene. Kebutuhan utilitas meliputi air sebanyak 36.864,34 kg/jam; dan listrik dengan daya 306,93 kW. Pabrik ini direncanakan untuk didirikan di Kota Cilegon, Propinsi Banten dengan luas tanah 3 Ha. Total karyawan yang dibutuhkan ialah sebanyak 193 orang.

Dari perhitungan hasil evaluasi ekonomi diperoleh parameter sebagai berikut: Fixed Capital Investment (FCI) sebesar Rp 163.935.200.000,00 dan US$ 49.300.000,00; Working Capital (WC) sebesar Rp 80.687.400.000,00 dan US$ 5.600.000,00; Keuntungan sebelum pajak Rp293.499.400.000,00; Keuntungan setelah pajak Rp146.749.700.000,00; Return On Investment before taxes = 44,72%; Return On Investment after taxes = 22,38%; Pay Out Time before taxes = 2,12 tahun; Pay Out Time after taxes = 4,02 tahun; Break Even Point (BEP) = 41,46%; Shut Down Point (SDP) = 17,02%, Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFRR) = 36,13 % .

(7)

vii ABSTRACT

Phthalic anhydride is the intermediate product that mainly used as plasticizer. Plasticiziers used as flexible layer production such as, wallpaper and upholstery fabric from brittle polymer. Beside that, phthalic anhydride also used as unsaturated polyester resins, alkyd resins production and many more..

Phthalic anhydride production consists of 5 steps. First step is raw material (o-xylene and air) preparation. O-xylene and air would be heated and pressured up to 350oC and 6 atm before enter the reactor. Second step is oxidation process inside the fixed bed multitube reactor with catalyst loading. Third step is the reactor’s product condensation that occur inside switch condenser. Fourth step is product purification with aging tank and distillation coloumn. Last step is the product solidification process using flaker. Phthalic anhydride flake would be saved in bin before packaging process.

The plant is designed with a capacity of 80,000 tons/year or 10080 kg/hour. The phthalic anhydride product with 99,8% purity is produced from 9753,84 kg/hout o-xylene. Utilities includes water as much as 36.864,34 kg/hour and 306,93 kW electrical power. The plant is planned to be established in Cilegon, Banten Province, with an area of 3 hectares. Total employees are needed as much as 193 people.

The calculation results the economic evaluation parameters obtained as follows: Fixed Capital Investment (FCI) of Rp163,935,200,000.00 and U.S.$49,300,000.00; Working Capital (WC) of Rp80,687,400,000.00 and U.S. $ 5,600,000.00; Profit before tax of Rp293,499,400,000.00; Profit after tax of Rp146,749,700,000.00; Return on Investment (ROI) before taxes = 44.72%, Return on Investment after taxes = 22.38%; Pay Out Time (POT) before taxes = 2.12 years; Pay Out Time after taxes = 4.02 years; Break Even Point (BEP) = 41.46%; Shut Down Point (SDP) = 17.02%, Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFRR) = 36.13%.

(8)

1 BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Pada tahun 2012, kapasitas produksi phthalic anhydride dari seluruh dunia adalah 4,3 juta ton (Phthalic anhydride Market-Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends and Forecast 2013 – 2019). Penggunaan phthalic anhydride yang paling penting adalah untuk produksi plasticizers sebanyak 55% (Ullmann, 2011). Selain itu, penggunaan phthalic anhydride lainnya adalah untuk produksi unsaturated polyester resins sebanyak 14%, alkyd resins sebanyak 15%, dan lain-lain sebanyak 16% (Ullmann, 2011). Plasticizer digunakan untuk memproduksi lapisan fleksibel seperti wallpaper dan upholstery fabric dari polimer yang cukup getas. Plasticizer dibagi dalam dua tipe: diester dari monohydric alcohol sejenis seperti dibuthyl phthalate atau campuran dari dua monohydric alcohol tidak sejenis. Plasticizers yang paling banyak diproduksi adalah jenis dioctyl phthalate (DOP) (Kirk & Othmer, 2007). Selama ini produk plasticizer selain dipasarkan di dalam negeri juga diekspor ke mancanegara.

Untuk memenuhi kebutuhan phthalic anhydride di Indonesia, produksi lokal dan impor menjadi andalan. Namun, produksi phthalic anhydride lokal hanya disokong oleh satu perusahaan, yaitu PT Petrowidada Gresik.

Perkembangan ekspor dan impor phthalic anhydride di Indonesia dapat dilihat pada tabel berikut ini (Badan Pusat Statistik, 2013):

Daftar I.1. Data Perkembangan Ekspor dan Impor Phthalic anhydride di Indonesia, Periode 2009-2012 (Badan Pusat Statistik, 2013)

Tahun Ekspor (ton) Impor (ton)

2009 19.442,5 16.265,5

2010 9.491,2 20.286,5

2011 5.328 29.577,2

(9)

2 Gambar I.1. Grafik Perkembangan Ekspor dan Impor Phthalic Anhydride di

Indonesia, Periode 2009-2012 (Badan Pusat Statistik, 2013)

Berdasarkan hasil ekstrapolasi data pada Gambar 2, diperkirakan pada tahun 2017, tahun dimana pabrik akan didirikan, jumlah phthalic anhydride yang akan diimpor dan diekspor secara berurutan adalah sebanyak 66.034,18 ton dan 1.404,29 ton. Dapat dilihat terjadi peningkatan jumlah impor phthalic anhydride dan penurunan pada jumlah ekspor secara signifikan.

Berikut kapasitas berbagai pabrik komersil phthalic anhydride yang telah beroperasi di seluruh dunia :

Daftar I.2. Kapasitas Pabrik Produksi Phthalic Anhydride Komersil di Seluruh Dunia

Perusahaan Lokasi Kapasitas (ton/th)

PT Petrowidada Gresik, Indonesia 70.000

Resinas Polyesters Spanyol 30.000

Chauny Aisne, Perancis 40.000

Petkim İzmit Yarımca, Turki 34.000

Veba Chemie AG Bottrop, Jerman Barat 31.000 0,00 5.000,00 10.000,00 15.000,00 20.000,00 25.000,00 30.000,00 35.000,00 40.000,00 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Impo r/E kspo r, t o n Tahun Ekspor (ton) Impor (ton)

(10)

3 Stepan Chemical Northfield, Taiwan 23.000

Dapat disimpulkan bahwa pabrik yang memproduksi phthalic anhydride secara komersil berkapasitas sekitar 23.000 – 75.000 ton/tahun. Melalui berbagai pertimbangan tersebut, maka kapasitas pabrik optimum untuk rancangan adalah sebesar 80.000 ton/tahun dengan tujuan :

 Mengurangi kebutuhan impor phthalic anhydride;

 Menambah suplai kebutuhan phthalic anhydride dalam negeri;

 Sebagai stimulan pertumbuhan industri o-xylene dan industri berbahan baku phthalic anhydride.

Phthalic anhydride akan diproduksi menggunakan bahan baku o-xylene. Untuk memenuhi kebutuhan o-xylene di Indonesia, impor masih diperlukan karena o-xylene tidak diproduksi di dalam negeri. O-xylene didatangkan dari beberapa negara, seperti Singapura, Taiwan, Korea, Rusia, Australia dan Amerika Serikat. Dari beberapa negara pemasok o-xylene tersebut, Singapura tercatat sebagai pemasok terbesar.

B. TINJAUAN PUSTAKA

Pada awalnya metode produksi phthalic anhydride yang dikembangkan adalah dengan oksidasi naphthalene pada fase gas menggunakan katalis berupa vanadium dan molybdenum oxide yang dikembangkan di USA. Setelah perang dunia kedua, metode yang paling banyak digunakan adalah metode oksidasi BASF’s naphthalene dengan asam sulfat dalam fase cair. Proses ini dipatenkan pada 1896. Proses ini sangat banyak dilakukan sampai akhirnya pada akhir 1950-an terjadi kel1950-angka1950-an naphthalene (Kirk & Othmer, 2007).

Setelah itu dipilihlah o-xylene sebagai bahan baku baru produksi phthalic anhydride ditambah dengan persediaan o-xylene sebagai hasil dari industri petrochemical sangat melimpah.. Keuntungan penggunaan o-xylene adalah secara teoritis akan diperoleh yield sebesar 1.395 kg/kg. Lebih tinggi jika dibandingkan penggunaan naphthalene yang hanya menghasilkan yield sebesar 1.157 kg/kg (Kirk & Othmer,2007).

(11)

4 Beberapa jenis proses produksi phthalic anhydride dengan oksidasi o-xylene yang berkembang antara lain:

1) Oksidasi o-xylene pada fase gas

Proses ini adalah proses yang paling banyak digunakan saat ini. Secara umum proses ini dilakukan dengan cara mereaksikan oksigen dan o-xylene dalam fase gas pada multitube reaktor dengan katalis umumnya Vanadium Oxide (V2O5)dengan penyangga berupa Titanium Oxide (TiO2). Penggunaan TiO2

sebagai penyangga menyebabkan dispersi V2O5 yang baik sehingga aktivitas

katalis pun menjadi tinggi. Suhu operasi reaktor berkisar antara 296 s/d 400oC. Reaksi yang terjadi sangat eksotermis sehingga produk keluar reaktor harus didinginkan di kondenser. Produk samping yang dihasilkan dari proses ini adalah benzoic acid, maleic acid, phthalic acid, dan phthalide.

Reaksi utama pembuatan phthalic anhydride dari o-xylene dan udara adalah sebagai berikut:

Gambar I.2. Reaksi Utama Proses Oksidasi O-xylene Fase Gas

Beberapa jenis proses yang berkembang untuk jenis oksidasi o-xylene pada fase gas antara lain :

a) The BASF Process

Proses ini menggunakan reaktor dengan dua layer bed katalis yang berfungsi untuk mengurangi jumlah byproduct. Selain itu katalis yang digunakan pun tidak perlu diaktivasi oleh Sulfur Dioxide (SO2). Namun

banyak terdapat titik-titik hotspot yang sering terjadi dalam bed. Hal ini mengakibatkan yield berkurang dan umur katalis pendek.

(12)

5 Proses Vent Gas Recycling akan me-recycle kembali exhaust gas keluar reaktor ke inlet untuk menurunkan konsentrasi oksigen dibawah 10% vol (diluar batas flammability limit-nya). Proses VGR telah dikembangkan secara komersial oleh Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd. di Jepang..

c) The Alusuisse-Ftalital LAR Process

Katalis yang digunakan dalam proses ini berbentuk cincin atau setengah cincin. Penggunaan katalis jenis ini akan memuat lebih banyak katalis dalam reaktor. Sehingga untuk kapasitas yang sama biasanya ukuran reaktor untuk proses LAR akan relatif lebih kecil.

d) Atofina Process

Proses jenis ini telah dioperasikan pada pabrik PT Petrowidada Gresik Indonesia dengan kapasitas 70.000 ton/tahun.

e) Von Heyden Process

Proses ini dikembangkan secara komersial oleh Lurgi öl Gas Chemie GmbH di Frankfurt dengan kapasitas produksi 20.000 – 75.000 ton/tahun. Sedangkan kapasitas maksimal untuk proses ini adalah 140.000 ton/tahun.

(Ullman,2011)

Perbandingan kondisi operasi pada jenis-jenis proses oksidasi o-xylene pada fase gas diatas dapat dilihat pada Daftar 1 berikut:

(13)

6 Daftar I.3. Tabel Perbandingan Kondisi Operasi Berbagai Jenis Proses pada

Oksidasi O-xylene Fase Gas

No Jenis Proses Suhu operasi (oC) Konsentrasi o-xylene masuk (g/m3) Yield (gPA/g o-xylene) Energi Kapasitas (ton/tahun) 1 BASF 340-400 80-120 1,113-1,131 Rendah - 2 Wacker 370-410 90-100 1,02-1,06 Tinggi - 3 VGR 360-400 85 1,16 Tinggi 40.000 4 LAR - 135 - Rendah - 5 Atofina 300-400 - - Rendah 80.000 6 Von Heyden 340-360 40-130 1,10-1,12 Rendah 140.000

(Ullman,2011 & Data Paten)

2) Oksidasi o-xylene pada fase cair

Pabrik komersil yang menggunakan oksidasi o-xylene dalam fase cair, dengan menggunakan asam asetat sebagai solvent dan cobalt/mangan/brom sebagai katalis, pernah dioperasikan di Perancis sejak 1965 namun ditutup pada tahun 1970. Namun dalam pembangunan pabrik tersebut dibutuhkan capital cost yang besar karena besarnya kebutuhan logam dalam jumlah yang besar. (Kirk & Othmer, 2007)

Perbandingan kondisi operasi pada proses oksidasi o-xylene fase gas dan cair dapat dilihat pada Daftar 2 berikut:

(14)

7 Daftar I.4. Tabel Perbandingan Kondisi Operasi Pada Oksidasi O-xylene Fase Gas

dan Cair No Jenis proses oksidasi Suhu (oC) Solvent Aspek Safety Manufacturing cost Yield (gPA/g o-xylene) 1 Fase gas 300-400 SO2 (untuk aktivasi katalis) Suhu operasi tinggi, solvent toxic Rendah 1,10-1,16

2 Fase cair 150-245 Asam Asetat

Korosif Tinggi 1,125

Dari Tabel 2 dapat diambil kesimpulan proses yang dipilih adalah proses 1 (oksidasi o-xylene fase gas). Dari segi suhu operasi dapat dilihat bahwa suhu operasi pada fase gas lebih tinggi, yang berarti energi yang harus disediakan untuk proses lebih besar dan alat kontrol dan safety yang harus disiapkan juga harus lebih baik. Namun hal itu tidaklah sebanding jika ditinjau dari segi cost manufacturing. Cost maufacturing proses 2 lebih mahal jika dibandingkan dengan proses 1 karena dibutuhkan proteksi lebih akibat sifat solvent yang dipakai. Seperti yang kita ketahui bahwa asam asetat adalah senyawa yang cukup korosif sehingga menyebabkan bahan konstruksi alat-alat proses menjadi lebih mahal.

Pertimbangan lain pemilihan proses 1 dari segi yield. Dapat dilihat bahwa oksidasi fase gas memberikan nilai yield yang lebih besar dibandingkan oksidasi pada fase cair. Dapat ditinjau pula dari kenyataan di lapangan bahwa pabrik dengan proses 2 sudah tidak ada lagi yang beroperasi. Hal ini membuat pemilihan proses 1 menjadi lebih beralasan. Penggunaan solvent SO2 yang bersifat toxic dan

sangat berbahaya bagi lingkungan pada proses 1 dapat diatasi dengan cara menjerap gas SO2 pada arus keluar reaktor kemudian me-recycle kembali gas SO2

(15)

8 ke dalam arus masuk reaktor sehingga dapat dipastikan gas SO2 tidak akan

mencemari lingkungan.

Dari Tabel 1 dapat diambil kesimpulan pula bahwa proses oksidasi o-xylene pada fase gas yang dipilih adalah proses ke-6 yaitu von Heyden Process. Alasan pemilihan proses ini adalah karena batas atas suhu operasi proses ini adalah yang terendah. Sehingga dari aspek safety, proses ini jelas lebih unggul dibandingkan proses yang lain. Kemudian dari segi range konsentrasi o-xylene masuk reactor, dapat dilihat bahwa range konsentrasi o-xylene pada proses 6 adalah yang terbesar diantara yang lain. Besarnya range ini akan membuat pabrik lebih fleksibel dalam pengoperasiannya dikarenakan tidak terlalu terganggunya proses jika spesifikasi bahan baku yang digunakan ternyata mengalami perubahan. Dari segi yield dan energi pun terlihat bahwa yield dari proses 6 cukup tinggi dengan energy yang diperlukan oleh pabrik yang terbilang cukup rendah. Dari segi kapasitas pun proses 6 memiliki kapasitas maksimum yang sangat besar dibandingkan dengan jenis proses lain yaitu sebesar 140.000 ton/tahun.

(16)

8 BAB II

URAIAN PROSES

A. DASAR REAKSI

Reaksi pembentukan C8H4O3 (phthalic anhydride) adalah reaksi heterogen

fase gas dengan katalis padat, dimana terjadi reaksi oksidasi C8H10 (o-xylene) oleh

oksigen yang berasal dari udara. Dalam reaksi oksidasi o-xylene oleh oksigen, selain reaksi utama pembentukan phthalic anhydride juga terjadi reaksi samping, yaitu terbentuknya C4H2O3 (maleic anhydride), C7H6O2 (benzoic acid), C8H8O2

(toluic acid,) C8H6O2 (phthalide), C5H6O4 (citraconic acid), H2O, CO2, dan CO.

Reaksi utama yang terjadi :

C8H10 + 3 O2 → C8H4O3 + 3 H2O

Selain reaksi di atas, terjadi pula reaksi samping : C8H10 + 1,5 O2 → C8H8O2 + H2O C8H10 + 2 O2 → C8H6O2 + 2 H2O C8H10 + 3 O2 → C7H6O2 + CO2 + 2H2O C8H10 + 6 O2 → C5H6O4 + 3 CO2 + 2 H2O C8H10 + 7,5 O2 → C4H2O3 + 4 CO2 + 4 H2O C8H10 + 8,5 O2 → 4 CO + 4 CO2 + 5 H2O (Mc. Ketta, 1988) Konversi total o-xylene yang bereaksi dalam reaktor adalah 99,95 % mol, sedangkan selektivitasnya adalah sebagai berikut :

Daftar II.2. Selektivitas Reaksi Proses Von Heyden

Komponen Selektivitas (% mol)

C8H4O3 77,3 C8H8O2 0,2 C8H6O2 0,2 C7H6O2 0,8 C8H10O 0,1 C4H2O3 4,0

(17)

9 Dan sisanya adalah selektivitas reaksi yang menghasilkan karbon monoksida yang merupakan komponen hasil samping terbanyak setelah air dan karbon dioksida.

Katalis yang digunakan biasanya berbentuk cincin dengan komposisi lapisan aktif berupa vanadium oxide (V2O5) yang disangga oleh inert yang

memiliki komposisi berupa titanium oxide (TiO2), silicate, silicon carbide (SiC),

porselen, alumina, quartz (SiO2) dengan diameter total cincin 5-10 mm.

Komponen-komponen lain seperti antimony (Sb), rubidium (Rb), cesium (Cs), niobium (Nb), dan phsporous (P) ditambahkan untuk meningkatkan selektivitas. Sifat-sifat fisis dari katalis yang digunakan adalah :

 Bentuk pellet : hollow cylindrical

 Bulk density : 0,99 g/cm3  Melting point : 600 o_C

 Ukuran : diameter luar : 0,72 cm diameter dalam : 0,36 cm panjang : 0 70 cm

(Von Heyden Patent Document, 2000) B. DESKRIPSI PROSES

Proses pembuatan phthalic anhydride dengan proses oksidasi katalitik o-xylene terbagi dalam 5 tahap, yaitu :

1. Tahap pengolahan bahan baku 2. Tahap oksidasi

3. Tahap kondensasi 4. Tahap distilasi 5. Tahap pemadatan

(18)

10 a. O-xylene

Bahan baku o-xylene ditampung dalam Liquid Vessel Tank T-01 pada suhu 30 oC dan tekanan 1 atm. Dari tangki ini o-xylene di naikkan tekanannya dengan Pompa Sentrifugal P-01 menjadi 6,7 atm dan dialirkan ke vaporizer untuk mengubah fasa o-xylene menjadi gas. Sebagai vaporizernya digunakan V-01 dengan medium pemanas berupa mobiloiltherm. O-xylene dipanaskan sampai titik didihnya sebesar 228,1o_{C pada tekanan 6,7 atm. O-xylene keluar vaporizer}

berbentuk gas dan cairan dengan fraksi masing-masing 0,8 dan 0,2. Selanjutnya fase cair dan gas dipisahkan pada Flash Drum FD-01. Fase cair akan direcycle kembali ke dalam cairan keluar Pompa P-01 sedangkan gas o-xylene dialirkan ke Mixing Point MP-02 yang berada didalam Furnace F-01 untuk dicampur dengan udara.

b. Udara

Udara dari atmosfer dengan temperature 30 oC dinaikkan tekanannya dengan menggunakan Kompresor C-01 hingga mencapai tekanan 6,7 atm. Udara akan dialirkan ke Mixing Point MP-02 di dalam Furnace F-01 dan akan dicampur dengan o-xylene.

c. Pencampuran o-xylene dengan udara

Proses pencampuran o-xylene dengan udara berlangsung dalam Furnace F-01. Rasio o-xylene dengan udara adalah sekitar 70 gr/m3_{, dimana konsentrasi}

ini berada dibawah ambang flammability limitnya. Campuran ini kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu 350 o_{C di dalam Furnace F-01, lalu masuk ke}

dalam Fixed Bed Multitube Catalytic Reactor R-01 pada tekanan 6 atm.

B.2. Tahap oksidasi

Campuran gas melewati reaktor R-01 pada sisi tube dengan suhu masuk 350 oC, dimana terjadi reaksi oksidasi dengan bantuan katalis vanadium pentaoksida V2O5 yang disupport oleh TiO2 dan unsur-unsur lainnya. Reaksi yang

terjadi dalam tube reaktor ini sangat eksotermis pada suhu 340 – 360 oC. Alasan pemilihan kondisi operasi ini adalah bahwa jika suhu operasi dibawah 340 oC

(19)

11 akan menyebabkan kecepatan reaksi berkurang, sedangkan jika suhu operasi diatas 360 oC akan terbentuk CO2 dan H2O yang lebih banyak, dimana reaksi ini

tidak diinginkan karena akan mengurangi konversi pembentukan phthalic anhydride. Oleh karena itu diperlukan pendingin berupa molten salt yang mengalir melalui bagian shell reaktor. Gas hasil reaksi keluar dari reaktor pada suhu 350 o_{C akan dialirkan ke dalam Switch Condenser SC-01.}

B.3. Tahap kondensasi

Proses kondensasi terjadi pada Switch Condenser (SC-01) A/B yang bekerja secara semi kontinu. Oleh karena itu digunakan 2 kondenser untuk memastikan bahwa proses produksi dapat berjalan secara kontinu. Gas hasil oksidasi yang terdiri atas sebagian besar phthalic anhydride dan off gas berupa non-condensable gas seperti karbon monoksida, karbon dioksida, oksigen, dan nitrogen akan dipisahkan dalam Accumulator AC-01. Proses kondensasi ini meliputi tahapan sebagai berikut :

a. Receiving

Proses receiving merupakan tahap awal pemisahan dalam switch condenser, dimana gas yang keluar dari reaktor masuk ke bagian shell switch condenser. Pada tahap ini posisi valve cold oil dibuka, sedangkan valve hot oil tertutup yang berlangsung selama 180 menit. Dalam Switch Condenser SC-01, campuran gas yang mengandung sebagian besar phthalic anhydride didinginkan sampai temperatur 100o_{C. Semua}

komponen kecuali non-condensable gas akan mengembun. Namun dalam perjalanan pengembunan komponen tersebut, terdapat beberapa komponen yang memadat karena telah melewati titik lelehnya. Padatan tersebut akan menjadi deposit padatan yang menempel pada bagian luar tube. Sedangkan komponen cair dan gas akan mengalir ke Accumulator AC-01

b. Melting

Setelah proses receiving selesai, valve gas masuk ditutup karena kondenser bekerja untuk melelehkan deposit padatan yang terbentuk. Campuran padatan phthalic anhydride yang menempel pada dinding tube tersebut dilelehkan pada titik lelehnya, yaitu 105oC dan dialirkan dalam

(20)

12 keadaan cair jenuh Accumulator AC-01

Setelah dicairkan dalam switch condenser, cairan crude phthalic anhydride akan ditampung terlebih dahulu serta dipisahkan dengan non-condensable gas di dalam Accumulator AC-01. Didalam AC-01 terjadi reaksi antara phthalic anhydride dengan air yang menghasilkan phthalic acid. Selanjutnya crude phthalic anhydride dialirkan menggunakan pompa P-02 menuju Agitating Tank AT-01 pada kondisi jenuh pada tekanan 3,5 atm untuk mengubah crude phthalic acid menjadi phthalic anhydride dengan proses agitasi dan pemanasan. Reaksi di dalam AT-01 bersifat endotermis sehingga diperlukan pemanas untuk menjaga suhu operasi berkisar 150 oC. Medium pemanas yang digunakan adalah dengan mobiloiltherm. Kemudian air yang berada dalam Agitating Tank akan menguap dan keluar lewat atas tangki. Sedangkan bagian bawah campuran yang terdiri atas sebagian besar phthalic anhydride mengalir ke Menara Distilasi MD-01.

B.4. Tahap distilasi

Phthalic anhydride yang telah dihilangkan sebagian besar airnya pada Aging Tank AT-01 dipompa menuju Menara Distilasi MD-01 yang beroperasi pada tekanan atmosfer 1,3 atm. Pada tahap distilasi ini, phthalic anhydride murni dipisahkan dari komponen-komponen lain yang ada dalam crude phthalic anhydride. Secara garis besar terbagi atas dua macam komponen sebagai berikut :

1. Light Boiling Residue (LBR), yaitu komponen-komponen dalam campuran yang mempunyai titik didih lebih rendah dari titik didih phthalic anhydride murni, seperti o-xylene, m-xylene, maleic anhydride, benzoic acid, toluic acid dan air.

2. High Boiling Residue (HBR), yaitu komponen-komponen dalam campuran yang mempunyai titik didih lebih tinggi dari titik didih phthalic anhydride murni, sepeti phthalide, citraconic acid dan phthalic acid.

Pada Menara Distilasi MD-01 terjadi pemisahan antara phthalic anhydride dengan Light Boiling Residue (LBR). LBR diuapkan dan dikondensasikan dalam Total Condenser CD-01. Fraksi ringan dari LBR dialirkan ke dalam unit n unit

(21)

13 pengolahan limbah. Sedangkan hasil bawah dialirkan ke Menara Distilasi MD-02 untuk pemurnian phthalic anhydride lebih lanjut.

Pada Menara Distilasi MD-02, dilakukan tahap pemurnian akhir yang bertujuan untuk memisahkan phthalic anhydride murni dengan High Boiling Residue (HBR) tersisa. HBR keluar pada bagian bawah dan dialirkan dengan pompa P-03 menuju unit pengolahan limbah. Phthalic anhydride murni didapatkan pada puncak kolom destilasi dan dikondensasikan dengan Kondenser Total CD-02.

B.5. Tahap pemadatan produk

Phthalic anhydride cair yang telah dimurnikan dialirkan ke dalam Flaker FL-01, untuk memperoleh phthalic anhydride dalam bentuk flake. Pompa P-06 mengumpankan PA dari CD-02 menuju FL-01, kemudian padatan yang terbentuk diangkut dengan Belt Conveyor BC-01 dan Bucket Elevator BE-01 menuju Bin B-01.

(22)

14 BAB III SPESIFIKASI BAHAN A. BAHAN BAKU a. O-xylene Rumus molekul : C8H10

Wujud (1 atm, 25 oC) : cair Densitas (gr/cm3) : 0,881 Kemurnian (% berat) : min. 98

Impuritas (% berat) : m-xylene maks. 2 Boiling point (oC) : 156,6

Melting point (oC) : -25,2

Viskositas : 37,98 cp (pada suhu 30oC)

Harga : $0,35/kg

b. Udara

Wujud (25 0C) : gas Density udara (kg/m3) : 1,2928

Komposisi udara pada umpan dapat dilihat pada tabel sebagai berikut : Daftar III.1. Komposisi Udara Umpan

Komponen Komposisi (% mol maks.)

N2 78 O2 21 CO 0,998 CO2 0,001 Ar 0,001 B. PRODUK a. Phthalic anhydride Wujud (30 o_C) _{: padat} Bentuk : flake Densitas (gr/cm3_{) : 1,52 – 1,54}

(23)

15 Kemurnian (% berat) : 99,8

Impuritas (% berat) : maleic anhydride maks 0,05 phtahlide maks. 0,06

phthalic acid maks. 0,04 lainnya maks. 0,05 Melting point (o_C) _{: 130,8}

Boiling point (oC) : 285

Kelarutan : larut seluruh bagian dalam benzene

Harga : $1,07/kg b. Maleic anhydride Wujud (30 oC) : padat Bentuk : flake Kemurnian (% berat) : 99,5 Melting point (oC) : 52,5 Boiling point (oC) : 202

(24)

16 BAB IV

DIAGRAM ALIR

Diagram alir kualitatif dan kuantitatif proses pembuatan phthalic anhydride dari o-xylene dan udara ditunjukkan masing – masing pada Gambar IV-1 dan Gambar IV-2. Diagram alir kualitatif menggambarkan skema sederhana proses dan kondisi operasi berupa suhu dan tekanan tiap arus. Diagram alir kuantitaif menampilkan kondisi arus keluar dan masuk blok alat termasuk mass flow tiap arus.

(25)

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun

17 Gambar IV-1. Diagram Alir Kualitatif

(26)

18 Gambar IV-2. Diagram Alir Kuantitatif

(27)

19 BAB V NERACA MASSA Simbol komponen: OX : o-xylene MX : m-xylene PA : Phthalic Anhydride MA : Maleic Anhydride TA : Toluic Acid PD : Phthalide BA : Benzoic Acid CA : Citraconic Acid PC : Phthalic Acid CO : Karbon monoksida CD : Karbon dioksida O : Oksigen N : Nitrogen W : Air A : Argon

A. Neraca Massa Total

Daftar V.1 Neraca Massa Total

Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam) OX 9657,3 4,8 MX 96,6 96,1 PA 0,0 10243,6 MA 0,0 356,6 TA 0,0 24,8 PD 0,0 24,4 BA 0,0 88,8 CA 0,0 11,8 PC 0,0 186,8 CO 1555,6 3328,2 CD 1,6 2862,7 O 32734,0 20703,2 N 121583,3 121583,3 W 0,0 6113,1 A 1,6 1,6 Total 165629,9 165629,9

(28)

20 B. Neraca Massa Alat

1. Neraca Massa di Flash Drum (FD-01)

Daftar V.2 Neraca Massa pada Flash Drum (FD-01)

Komponen

Input

(kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 4 Arus 5 Arus 6

OX 12072,2 9657,3 2414,9

MX 120,1 96,6 23,6

Total 12192,3 9753,8 2438,5

12192,3 2. Neraca Massa di Reaktor (R-01), untuk ketiga reaktor total.

Daftar V.3 Neraca Massa pada Reaktor (R-01-A/B/C)

Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam) OX 9657,3 4,8 MX 96,6 96,1 PA 0,0 10410,1 MA 0,0 356,6 TA 0,0 24,8 PD 0,0 24,4 BA 0,0 88,8 CA 0,0 11,8 PC 0,0 0,0 CO 1555,6 3328,2 CD 1,6 2862,7 O 32734,0 20703,2 N 121583,3 121583,3 W 0,0 6133,4 A 1,6 1,6 Total 165629,9 165629,9

(29)

21 3. Neraca Massa di Akumulator (AC-01), terjadi reaksi antara PA dengan

air menjadi PC.

Daftar V.4 Neraca Massa pada Akumulator (AC-01)

Komponen

Input

Arus 7 Arus 8 Arus 9

OX 4,8 0,0 4,8 MX 96,1 0,0 96,1 PA 10410,1 0,0 2082,0 MA 356,6 0,0 356,6 TA 24,8 0,0 24,8 PD 24,4 0,0 24,4 BA 88,8 0,0 88,8 CA 11,8 0,0 11,8 PC 0,0 0,0 9341,0 CO 3328,2 3328,2 0,0 CD 2862,7 2862,7 0,0 O 20703,2 20703,2 0,0 N 121583,3 121583,3 0,0 W 6133,4 0,0 5120,5 A 1,6 1,6 0,0 Total 165629,9 148479,0 17150,9 165629,9

(30)

22 4. Neraca Massa di Aging Tank (AT-01), untuk ketiga reaktor total.

Daftar V.5 Neraca Massa pada Aging Tank (AT-01-A/B/C)

Komponen

Input

Arus 9 Arus 10 Arus 11

OX 4,8 0,3 4,5 MX 96,1 7,9 88,2 PA 2082,0 16,7 10226,8 MA 356,6 5,1 351,5 TA 24,8 0,0 24,7 PD 24,4 0,0 24,4 BA 88,8 0,2 88,6 CA 11,8 0,0 11,8 PC 9341,0 0,0 186,8 W 5120,5 1466,5 4646,6 Total 17150,9 1496,8 15654,1 17150,9

5. Neraca Massa di Menara Distilasi (MD-01)

Daftar V.6 Neraca Massa pada Menara Distilasi 1 (MD-01)

Komponen

Input

Arus 11 Arus 12 Arus 13

OX 4,5 4,5 0,0 MX 88,2 88,2 0,0 PA 10226,8 102,3 10124,6 MA 351,5 344,5 7,0 TA 24,7 24,0 0,7 PD 24,4 0,0 24,4 BA 88,6 86,0 2,7 CA 11,8 0,0 11,8 PC 186,8 0,0 186,8 W 4646,6 4646,6 0,0 Total 15654,1 5296,1 10358,0 15654,1

(31)

23 6. Neraca Massa di Menara Distilasi 2 (MD-02)

Daftar V.7 Neraca Massa pada Menara Distilasi 2 (MD-02)

Komponen

Input

Arus 13 Arus 14 Arus 15

PA 10124,6 10080,8 43,8 MA 7,0 5,1 2,0 TA 0,7 0,2 0,5 PD 24,4 6,1 18,3 BA 2,7 0,2 2,5 CA 11,8 0,1 11,7 PC 186,8 4,0 182,8 Total 10358,0 10096,5 261,6 10358,0

(32)

24 BAB VI

NERACA PANAS

A. Neraca Panas Total

Daftar VI.1. Neraca Panas Total

Input (kkal/jam) Output (kkal/jam) Q oxylene masuk 20773,34 Q non condensable

gas 1261807,99

Q udara masuk 188049,43 Q steam out dalam

AT-01 551489,64

Q HE-01 7476408,32 Q low boiling residue

MD-01 1396891,35

W kompresor 31976,00 Q high boiling

residue MD-02 24270,89

Q pemanas V-01 1641676,93 Q produk 26670,42

Q pemanas dalam

F-01 8351695,83 Q pendingin R-01 36724429,55 Q reaksi dalam R-01 36689770,32 Q pendingin SC-01 12633015,99 Q reaksi dalam T-02 1042891,25 Q reaksi dalam

AT-01 154364,80

Q pemanas AT-01 656992,35 Q kondenser MD-01 1878897,64 Q reboiler MD-01 1209874,97 Q kondenser MD-02 1717448,29 Q reboiler MD-02 875375,19 Q pendingin pada

HE-01 578928,34 Q pengembunan SC-01 942746,26 Q pendingin FL-01 677160,12 Q pengembunan MD-01 1720404,10 Q penguapan V-01 670876,58 Q pengembunan MD-02 858724,15 Q penguapan AT-01 720385,69 Total 61707358,43 Q pembekuan FL-01 45310,83 Total 61707358,43

(33)

25 B. Neraca Panas Alat

1. Neraca Panas di Vaporizer (V-01)

Daftar VI.2. Neraca Panas pada Vaporizer (V-01)

Komponen Input Q (kkal/jam) Komponen Output Q (kkal/jam) Q3 25925,87 Q4 (uap) 235119,77 Q pemanas 1641676,93 Q4 (cairan) 761606,46 Q penguapan 670876,58 Total 1667602,80 Total 1667602,80

2. Neraca Panas di Furnace (F-01)

Daftar VI.3. Neraca Panas pada Furnace (F-01)

Komponen Input Q (kkal/jam) Komponen

Output Q (kkal/jam)

Q1 + Q5 5470234,90 Q6 13821930,73

Q pemanas 8351695,83

Total 13821930,73 Total 13821930,73

3. Neraca Panas di Reaktor (R-01)

Daftar VI.4. Neraca Panas pada Reaktor (R-01(A/B/C))

Q6 13821930,73 Q7 13787271,50

Q reaksi 36689770,32 Q pendingin 36724429,55

Total 50511701,05 Total 50511701,05

4. Neraca Panas di Switch Condenser (SC-01)

Daftar VI.5. Neraca Panas pada Switch Condenser (SC-01(A/B))

Q7 13787271,5 Q8 1261807,99

Qpengembunan 942746,2613 Q crude PA cair 835193,78

Q pendingin 12633015,99

(34)

26 5. Neraca Panas di Akumulator (AC-02)

Daftar VI.6. Neraca Panas pada Akumulator (AC-01)

Komponen Input Q (kkal/jam) Komponen Output Q (kkal/jam) Q crude PA cair 835193,78 Q9 1878085,13 Q reaksi 1042891,34 Total 1878085,13 Total 1878085,13 6. Neraca Panas di Aging Tank (AT-02)

Daftar VI.7. Neraca Panas pada Aging Tank (AT-01(A/B/C))

Komponen Input Q (kkal/jam) Komponen Output Q (kkal/jam) Q9 1878085,13 Q11 1108837,35 Q pemanas 656992,35 Q10 551489,64 Q reaksi 154364,80 Q penguapan 720385,69 Total 2535077,48 Total 2535077,48

7. Neraca Panas di Menara Distilasi 1 (MD-01)

Daftar VI.8. Neraca Panas pada Menara Distilasi 1 (MD-01)

Komponen Input Q (kkal/jam) Komponen Output Q (kkal/jam) Q11 1013034,80 Q12 1396891,35 Q reboiler 1209874,97 Q13 667524,88 Q pengembunan 1720404,10 Q condenser 1878897,64 Total 3943313,87 Total 3943313,87

(35)

27 8. Neraca Panas di Menara Distilasi 2 (MD-02)

Daftar VI.9. Neraca Panas pada Menara Distilasi 2 (MD-02)

Q13 666139,56 Q14 658519,71

Q reboiler 875375,19 Q15 24270,89

Q pengembunan 858724,15 Q condenser 1717448,29 Total 2400238,89 Total 2400238,89 9. Neraca Panas pada Flaker (FL-01)

Daftar VI.10. Neraca Panas pada Flaker (FL-01) Komponen Input Q (kkal/jam) Komponen Output Q (kkal/jam) Q15 658519,71 Phthalic Anhydride flakes 26670,42 Q pembekuan 45310,83 Q pendingin 677160,12 Total 703830,54 Total 703830,54

(36)

28 BAB VII

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

VII.1. Tangki Penyimpan o-Xylene

Kode : T-01

Fungsi : Menyimpan bahan baku ortho xylene selama 30 hari sebanyak 7973,9 m3

Tipe : silinder tegak dengan alas datar dan atap conical

Jumlah : 1 unit

Bahan : carbon Steel SA- 283 Grade C Kondisi penyimpanan : cair

Suhu : 30 C

Tekanan : 1 atm

Tinggi : 42 ft Diameter : 120 ft

Tebal shell : Course 1 = 1,24 in Course 2 = 0,96 in Course 3 = 0,83 in Course 4 = 0,67 in Course 5 = 0,30 in Course 6 = 0,19 in Tebal head : 0.1875 in Tinggi head : 20,03 ft Harga : $48.132

VII.2. Flash Drum

Kode : FD-01

Fungsi : Memisahkan uap o-xylene dan m-xylene dengan cairannya dengan kapasitas 12192,31 kg/jam Bahan : Carbon Steel SA 283 Garde D

Jumlah : 1 unit

(37)

29 Suhu : 501,26 K

Diameter : 1,37 meter Tinggi : 4,47 meter Tebal dinding : 0,50 inch

Harga : $14.823

VII.3. Furnace

Kode : F-01

Fungsi : Memanaskan feed gas dan udara dari suhu 228oC dan 68oC menjadi 350oC dengan kapasitas 165628,3 kg/jam

Tipe : Fire Box Furnace

Bahan : Baja tahan panas SA 240 Grade T

Jumlah : 1 buah

Kondisi operasi :

Inlet :

 Suhu : 68o_{C (Udara) dan 228}o_{C (Feed Gas)}  Tekanan : 6,57 atm

Outlet

 Suhu : 350oC

 Tekanan : 6,57 atm Beban panas : 56,87 MMBTU/hour Dimensi furnace :

 Tinggi : 15 ft

 Lebar : 20 ft

 Panjang pipa : 25 ft Jumlah tube : 141 Tebal isolasi : 2,16 inch Tinggi stack : 20 ft

(38)

30 VII.4. Reaktor

Kode : R-01

Fungsi : mereaksikan o-xylene dan udara menjadi phthalic anhydride dengan kapasitas 165629,90 kg/jam Tipe : fixed bed multitube

Bahan konstruksi

- Tube : baja komersial ASA Standar B.36.10 - Shell : stainless steel SA-204 Grade A Jumlah reaktor : 3 buah

Jumlah tube : 7505 buah

Kondisi operasi : non isotermal - non adiabatik Temperatur : 350 o_C

Tekanan umpan : 6 atm

Fase reaksi : reaktan gas dengan katalis padat Katalis : V2O5

Pendingin : molten salt Tinggi reaktor : 11 m Volume reaktor : 230,11m3 Tebal shell : 1 in Tinggi head : 43,98 in

Massa katalis : 23200,38 kg katalis Bahan Isolasi : diatomeous earth Tebal isolasi : 0,11 m

Harga : $ 3.479.716

VII.5. Switch Condenser

Kode : SC-01

Fungsi : Mengembunkan gas keluar reaktor dengan kapasitas 165629,90 kg/jam

(39)

31 current

Jumlah alat : 2

Waktu siklus : 12 menit

 Tahap desublimasi : 10 menit

 Tahap melting : 2 menit Medium pemanas/pendingin : Crude oil Beban desublimasi : 10185540 kJ/siklus Beban pemanas : 28192,17 kJ/siklus Flowrate pendingin : 44,44 kg/sekon Flowrate pemanas : 3,58 kg/sekon Luas transfer panas : 2188,09 m2 Kondisi operasi :

 Tekanan : 1,3 atm

 Tahap receiving :

- Suhu gas masuk : 350oC - Suhu keluar proses receiving : 105oC - Suhu pendingin masuk : 28oC - Suhu pendingin keluar : 211oC

 Tahap melting :

- Suhu awal padatan : 105oC - Suhu keluar cairan : 130oC - Suhu pemanas masuk : 135oC - Suhu pemanas keluar : 102oC Dimensi :

 Shell side :

- Komponen yang mengalir : Crude oil pendingin dan pemanas

- Jumlah pass : 1

- Bahan : Carbon steel SA-283 Grade C - Inside diameter : 78,74 in = 2 m = 6,56 ft

- Tebal : 0,1875 in

- Panjang plate : 3,42 ft - Panjang shell : 9,78 m

(40)

32

 Tube side :

- Komponen yang mengalir : Fluida keluar reaktor - Inside diameter : 0,532 in - Outside diameter : 0,018375 m = 0,75 in - PT : 1 in - BWG : 12 - Panjang tube : 9,78 m - Jumlah pass : 1 - Jumlah tube : 3876

- Bahan : Carbon steel SA-283 Grade C Pressure Drop : 0,254 atm

Tebal isolasi : 0,181 m

Jenis isolasi : Diatomaceous Earth Harga : $ 616.680

VII.6. Accumulator

Kode : AC-01

Fungsi :

 Memisahkan cairan keluar Switch Condenser dengan non condensable gas dengan kapasitas 17150,89 kg/jam

 Membuat kontinyu aliran setelah SC-01

Tipe : silinder tegak dengan alas datar dan atap torispherical dished head

Jumlah : 1 buah

Bahan : carbon Steel SA- 283 Grade C Fase operasi : cair dan gas

Suhu : 105 C Tekanan : 1 atm Volume : 93,75 ft3 = 2,65 m3 Tinggi : 3,10 ft = 0,94 m Diameter : 12,40 ft = 3,78 m Tebal tangki : 0,25 in = 0,635 cm

(41)

33 Tebal head : 0.1875 in = 0,476 cm

Tinggi head : 6,13 in = 15,57 cm

Harga : $ 11.927

VII.7. Aging Tank

Kode : AT-01

Tugas : Untuk mengubah crude phthalic anhydride (mengandung sebagian phthalic acid) menjadi phthalic anhydride dengan proses agitasi dan pamanasan dengan kapasitas 16543,52 kg/jam

Tipe : Cylindrical tank dengan atap dan bottom berbentuk torosperical dished head dengan pengaduk dan pemanas koil

Bahan : Stainless Steel SA167 tipe 310

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

 Suhu : 423,15 K  Tekanan : 3,5 atm

Konversi : 67%

Waktu agitasi : 8 jam

Volume : 223,89 m3 Diameter tangki : 6,58 m Diameter pengaduk : 2,19 m Tinggi tangki : 8,22 m Tinggi cairan : 6,54 m Tebal baffle : 0,21 m Tebal shell : 0,59 in Tebal head : 0,75 in Pengaduk :

 Jenis pengaduk : Marine propeller dengan 3 blades

 Daya pengaduk : 4 HP

(42)

34

 Panjang koil : 860,65 ft

 Jumlah putaran : 28

 Tinggi koil : 10,90 ft

 Bahan : Stainless steel

Harga : $ 374.836

VII.8. Menara Distilasi 1

Kode : MD - 01

Fungsi : Memisahkan produk utama (phthalic anhydride) sebagai hasil bawah dengan produk samping lainnya sebagai hasil atas dengan kapasitas 15654,09 kg/jam

Tipe : Sieve tray

Bahan : Carbon steel SA-283 Grade A Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

 Feed : Suhu : 150oC. Tekanan : 3,5 atm

 Atas menara : Suhu : 138,9o_{C. Tekanan : 3,4 atm}  Bawah menara : Suhu : 353,53oC. Tekanan : 3,6 atm

Reflux : 0,081

Reflux minimum : 0,067 Jumlah Plate : 16 plate Tray spacing : 20 in

Lokasi feed : Diantara plate 7 dan 8

Dimensi :

 Tinggi menara : 10,21 m

 Diameter atas : 0,747 m

 Diameter bawah : 0,542 m

 Tebal shell : 1/4in

 Tebal head : - puncak : 1/4 in - dasar : 1/4 in

(43)

35 - dasar : 0,123 m

Harga : $ 165.200

VII.9. Menara Distilasi 2

Kode : MD - 02

Fungsi : Memisahkan produk utama (phthalic anhydride) sebagai hasil atas dengan produk samping dengan kapasitas 10358,03 kg/jam

Tipe : Sieve tray

Bahan : Carbon steel SA-283 Grade A

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

 Feed : Suhu : 571 K. Tekanan : 1,3 atm

 Atas menara : Suhu : 566,96 K. Tekanan : 1,2 atm

 Bawah menara : Suhu : 599,89 K. Tekanan : 1,4 atm

Reflux : 0,72

Reflux minimum : 0,60 Jumlah Plate : 25 plate Tray spacing : 20 in

Lokasi feed : Diantara plate 14 dan 15

Dimensi :

 Tinggi menara : 14,87 m

 Diameter atas : 1,40 m

 Diameter bawah : 0,38 m

 Tebal shell : 3/16 in

 Tebal head : - puncak : 3/16 in - dasar : 3/16 in

 Tinggi head : - puncak : 0,298 m - dasar : 0,102 m Harga : $ 169.320

(44)

36 VII.10. Flaker

Kode : FL-01

Fungsi : membentuk Phthalic Anhydride cair menjadi padatan berbentuk flake dengan kapasitas 10096,45 kg/jam

Jumlah : 1 buah

Tipe : Rotaring Drum Flaker (single drum) Bahan Komstruksi : Carbon steel

Kebutuhan air pendingin : 6,97 kg/sekon Dimensi Flaker :

 Diameter : 2,18 m

 Luas : 4,37 m2

 Volume padatan : 6,61 m3/jam

 Jumlah putaran drum : 3,64 putaran / menit Harga : $ 107.339

VII.11. Belt Conveyor

Kode : BC-01

Fungsi : Mengangkut Phthalic anhydride dari Flaker (F-01) ke Bucket Elevator (E-01) sebanyak 10096,45 kg/jam Tipe : Closed Belt Conveyor

Bahan : Stainless Steel 316

Jumlah : 1 unit Kapasitas : 6,61 m3/jam Panjang : 30 ft Lebar Belt : 14 in Power Motor : 0,25 hp Harga : $ 14.600

VII.12. Bucket Elevator

Kode : BE-02

(45)

37 (BC-01) ke Bin (BI-01) sebanyak 10096,45 kg/jam

Tipe : Bucket elevator

Bahan : Stainless Steel 316

Jumlah : 2 unit

Kapasitas bahan : 233,51 ft3/jam Kapasitas elevator : 9,62 ton/jam Ukuran bucket : 6 x 4 x 4,25 in Jarak antar bucket : 12 in

Kecepatan bucket : 225 ft/min Tinggi elevator : 25 ft Putaran poros puncak : 43 rpm

Tenaga yang diijinkan pada putaran poros puncak : 9176 hp Tenaga tambahan : 0,5 hp

Diameter poros puncak : 1,9375 in Diameter poros bawah : 1,6875 in Diameter pulley puncak : 20 in Diameter pulley bawah : 14

Harga : $ 10.393

VII.13. Bin

Kode : BI-01

Tugas : Menyimpan phthalic anhydride flake selama 12 jam dengan kapasitas 10096,45 kg/jam

Jumlah alat : 2 unit

Bahan : Carbon Steel SA- 283 Grade C Volume bin : 47,61 m2

Dimensi :

 Diameter : 3,20 m

 Tinggi bagian atas : 3,20 m

 Tinggi bagian bawah : 4,81 m

 Diameter opening : 1,06 m

(46)

38 VII.14. Vaporizer

Kode : V-01

Fungsi : Menguapkan campuran O-xylene dan M-xylene dengan kapasitas 12192,31 kg/jam

Tipe : Kettle reboiler, 2-4

Jumlah : 1 buah

Jenis pemanas : Oil mobiltherm Kondisi operasi :

Suhu pemanas masuk : 30oC Suhu pemanas keluar : 228,1oC Tekanan boiler : 6,7 atm Massa pemanas : 2608,06 lb/hr lb/jam Spesifikasi alat :

Tube : OD 1 in, 13 BWG, 1,25 in triangular pitch, panjang 16 ft, Shell : jumlah pass = 1, ID = 32,4 in

Ud : 57,24 Btu/j ft2F A : 463,56 ft2

ΔP : 3,209 psi (pada tube)

Harga : $ 19.594

VII.15. Reboiler 1

Kode : RB-01

Fungsi : Menguapkan sebagian hasil bawah MD-01 sehingga diperoleh produk bawah sebanyak 10358,03 kg/jam Tipe : Kettle reboiler, 1-2

Jumlah : 1 buah

Jenis pemanas : Dowtherm-A Kondisi operasi :

Suhu pemanas masuk : 382,7oC Suhu pemanas keluar : 368,4oC Suhu operasi boiler : 351,79oC Tekanan boiler : 3,6 atm

(47)

39 Massa pemanas : 4160,25 lb/jam

Spesifikasi alat :

Tube : OD 1,5 in, 14 BWG, 1 7/8 in triangular pitch, panjang 16 ft, Shell : jumlah pass = 1, ID = 27 in

Ud : 3,8133 Btu/j ft2F A : 617,69 ft2 ΔP : 0,9516 psi Harga : $ 100.500 VII.16. Reboiler 2 Kode : RB-02

Fungsi : Menguapkan sebagian hasil bawah MD-02 sehingga diperoleh produk bawah sebanyak 261,57 kg/jam Tipe : Kettle reboiler, 1-2

Jumlah : 1 buah

Jenis pemanas : Dowtherm-A Kondisi operasi :

Suhu pemanas masuk : 368,4oC Suhu pemanas keluar : 368o_C

Suhu operasi boiler : 346,6o_C

Tekanan boiler : 3,6 atm Massa pemanas : 4160,25 lb/jam Spesifikasi alat :

Tube : OD 1 in, 14 BWG, 1,25 in triangular pitch, panjang 12 ft Shell : jumlah pass = 1, ID = 15,25 in

Ud : 2 Btu/j ft2F A : 285,88 ft2 ΔP : 0,000775 psi Harga : $ 40.000 VII.17. Condenser 1 Kode : CD-01

(48)

40 Fungsi : Mengembunkan uap hasil atas MD-01 dengan kapasitas

10358,03 kg/jam Tipe : Shell and tube, 1-4

Jumlah : 1 buah

Jenis pendingin : cooling water Kondisi operasi :

Suhu pendingin masuk : 86oF Suhu pendingin keluar : 120oF Suhu operasi condenser : 138,98oF Tekanan condenser : 3,4 atm Massa pendingin : 263981,9651 lb/jam Spesifikasi alat :

Tube : OD 3/4 in, 16 BWG, 1 in triangular pitch, panjang 14 ft, 4 pass Shell : jumlah pass = 1, ID = 23,25 in

Ud : 127,3114 Btu/j ft2F A : 486,7061 ft2

ΔP : 10,9922 psi Jumlah tube : 352 tube Harga : $ 106.300

VII.18. Condenser 2

Kode : CD-02

Fungsi : Mengembunkan uap hasil atas MD-02 dengan kapasitas 17412,76 kg/jam

Tipe : Shell and tube, 1-4

Jumlah : 1 buah

Jenis pendingin : Cooling water Kondisi operasi :

Suhu pendingin masuk : 86oF Suhu pendingin keluar : 120oF Suhu operasi condenser : 293,82oF Tekanan boiler : 1,2 atm

(49)

41 Massa pemanas : 189368,7111 lb/jam

Spesifikasi alat :

Tube : OD 3/4 in, 16 BWG, 1 in triangular pitch, panjang 14 ft, 4 pass Shell : jumlah pass = 1, ID = 19,25 in

Ud : 127,3114 Btu/j ft2F A : 306,3808 ft2 ΔP : 12,8912 psi Harga : $ 79.500 VII.19. Cooler Kode : HE-01

Fungsi : Mendinginkan fluida keluar MD-02 dari 264,5oC menjadi suhu 131oC dengan kapasitas 10096,45 kg/jam

Tipe : Double Pipe Heat Exchanger Bahan : Stainless Steel 316

Tekanan Operasi : 1,2 atm Annulus :

Fluida di annulus : Hasil atas MD-02 Suhu masuk di annulus : 508,1791 o_F

Suhu keluar di annulus : 267,8000 o_F

Layout : IPS = 3 in, SchN 40, OD = 3,5 in, ID = 3,068 in Flowrate : 10096,45 lb/jam

Inner Pipe :

Fluida di inner pipe : Cooling water Suhu masuk di inner pipe : 120 oF Suhu keluar di inner pipe : 150 oF

Layout : IPS = 2 in, SchN 40, OD = 2,38 in, ID = 2,067 in Flowrate : 76600,32 lb/jam

Luas transfer panas : 139,3145 ft2 Panjang total : 79,56 ft Panjang tiap pipa : 20 ft

(50)

42 Jumlah pipa : 4 pipa (2 hairpin)

Harga : $ 34.700

VII.20. Kompresor Udara

Kode : C-01

Fungsi : Menaikkan tekanan udara sebanyak 155876,05 kg/jam dari tekanan 1 atm menjadi 6,7 atm.

Tipe : Kompresor Piston

Jumlah : 1 unit

Bahan : Stainless Steel 304 Kondisi operasi : Suction :  Tekanan : 1 atm  Suhu : 30oC Discharge :  Tekanan : 6,7 atm  Suhu : 68,8oC Beban kompresor : 3,67 kW Daya motor : 7,5 hp

Jenis motor : Motor induksi 220 V, 3 fase Frekuensi : 50 Hz

Jumlah kutub : 2

Harga : $ 54.600

VII.21. Pompa 1

Kode : P-02

Fungsi : Memompa bahan baku (campuran o-xylene dan m- xylene) ke vaporizer (V-01) sebanyak 9753,85 kg/jam. Tipe : Reciprocating Pump

Jumlah : 1 unit

Bahan : Stainless Steel 304 Power pompa : 5 hp

(51)

43 Kondisi operasi : Suction  Tekanan : 1 atm  Suhu : 30o_C Discharge  Tekanan : 6,7 atm  Suhu : 30oC Kapasitas : 11,07 m3/h Head Pompa : 62,06 meter Spesific speed : 400 rpm Jenis motor : induksi Frekuensi : 50 Hz Jumlah kutub : 2

Harga : $57.077

VII.22. Pompa 2

Kode : P-03

Fungsi : Memompa keluaran AC-01 ke dalam Aging Tank (AT- 01) dengan kapasitas 17150,9 kg/jam

Tipe : Centrifugal pump

Jumlah : 1 unit

Bahan : Stainless Steel 304 Power pompa : 1,5 hp Kondisi operasi : Suction  Tekanan : 1 atm  Suhu : 130o_C Discharge  Tekanan : 3,5 atm  Suhu : 130oC Kapasitas : 17,23 m3_/h Head Pompa : 18,22 m

(52)

44 Spesific speed : 1800 rpm

Jenis motor : induksi Frekuensi : 50 Hz Jumlah kutub : 2

Harga : $ 64.744

VII.23. Pompa 3

Kode : P-04

Fungsi : Memompa bahan keluaran AT-01 kedalam MD-01 dengan kapasitas 17150,9 kg/jam

Jumlah : 1 unit

Bahan : Stainless Steel 304 Power pompa : 1,5 hp Kondisi operasi : Suction  Tekanan : 1,5 atm  Suhu : 105oC Discharge  Tekanan : 3,4 atm  Suhu : 105oC Kapasitas : 7,35 m3/h Head Pompa : 22,26 m Spesific speed : 1700 rpm Jenis motor : induksi Frekuensi : 50 Hz Jumlah kutub : 2

Harga : $ 2.079

VII.24. Pompa 4

(53)

45 Fungsi : Memompa refluks MD-01 dengan kapasitas 432,03

kg/jam

Jumlah : 1 unit

Bahan : Stainless Steel 304 Power pompa : 0,25 hp Kondisi operasi : Suction  Tekanan : 2,5 atm  Suhu : 166,09oC Discharge  Tekanan : 3,4 atm  Suhu : 166,09o_C Kapasitas : 0,43 m3/h Head Pompa : 11,93 m Spesific speed : 300 rpm Jenis motor : induksi Frekuensi : 50 Hz Jumlah kutub : 2

Harga : $ 2079

VII.25. Pompa 5

Kode : P-06

Fungsi : Memompa refluks MD-02 dengan kapasitas 7316,31 kg/jam

Jumlah : 1 unit

Bahan : Stainless Steel 304 Power pompa : 0,75 hp

Kondisi operasi : Suction

(54)

46  Suhu : 293,81oC Discharge  Tekanan : 1,2 atm  Suhu : 293,81oC Kapasitas : 7,35 m3/h Head Pompa : 4,68 m Spesific speed : 1100 rpm Jenis motor : induksi Frekuensi : 50 Hz Jumlah kutub : 2

Harga : $ 2079

VII.26. Pompa 6

Kode : P-07

Fungsi : memompa bahan dari Heat Exchanger (HE-0) ke Flaker (FL-01) dengan kapasitas 10358 kg/jam.

Jumlah : 1 unit

Bahan : Stainless Steel 304 Power pompa : 1 hp

Kondisi operasi : Suction

 Tekanan : 1 atm  Suhu : 131oC Discharge  Tekanan : 1,3 atm  Suhu : 131o_C Kapasitas : 8,57 m3/h Head Pompa : 26,14 m Spesific speed : 1400 rpm Jenis motor : induksi Frekuensi : 50 Hz Jumlah kutub : 2

(55)

47

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun

BAB VIII UTILITAS

Utilitas berfungsi untuk menyediakan bahan-bahan yang dibutuhkan untuk mendukung kelancaran pada sistem produksi di seluruh pabrik.

Unit-unit yang ada di utilitas pabrik phthalic anhydride ini terdiri dari : 1. Unit penyediaan dan pengolahan air (Water System)

2. Unit penyediaan pendingin

3. Unit pembangkit dan pendistribusian listrik 4. Unit penyedia udara tekan

5. Unit pengolahan limbah

VIII.1 UNIT PENYEDIAAN DAN PENGOLAHAN AIR VIII.1.1. Penentuan Sumber Air

Prarancangan pabrik phthalic anhydride ini direncanakan akan menggunakan air sungai sebagai sumber air pendingin. Air sungai untuk proses pendinginan memerlukan make-up water untuk mengganti kehilangan air akibat penguapan yang terjadi dalam di cooling tower dan yang hilang selama proses berlangsung.

Pemilihan jenis air industri didasarkan pada lokasi pabrik, kondisi lingkungan dan musim. Penggunaan air laut tentunya memerlukan biaya yang lebih mahal untuk membangun instalasi utilitas pengolahan air. Jika air sungai digunakan sebagai sumber air untuk industri, maka hal yang terpenting untuk diperhatikan adalah kondisi sungai pada berbagai musim. Pada saat musim hujan, kenaikan suspended solid pada air sungai cukup ekstrim sehingga harus dilakukan antisipasi pada proses sedimentasi. Selain itu, jika suspended solid dalam air tinggi maka kinerja unit pengolahan limbah di pabrik akan semakin berat. Sedangkan pada musim kemarau ada kemungkinan terjadi penyusutan debit air sungai, sehingga menyebabkan kurangnya pasokan air untuk kebutuhan proses.

Pabrik akan didirikan di Puloampel, Cilegon, Banten. Sungai yang diandalkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat dan industri di Cilegon adalah sungai Cidanau.

(56)

48

Sungai ini mempunyai debit 1300 - 2000 liter per detik, sehingga memenuhi perkiraan kebutuhan air pabrik. Namun pada beberapa tahun terakhir, Sungai Cidanau mengalami penyusutan debit air, sehingga usaha-usaha pengelolaan air mulai dilakukan. Adanya penyusutan debit ini tentu dapat berarti bahwa dalam beberapa tahun kedepan, jumlah air sungai akan semakin sedikit, terutama pada musim kemarau. Untuk mengantisipasi kekeringan yang melanda sungai Cidanau, PT. Krakatau Tirta Industri membangun Waduk Nadra (Waduk Krakatau Tirta Industri) sebagai cadangan air baku, dengan luas waduk ± 1 km2. waduk Nadra memiliki kapasitas penyimpanan efektif sebesar 3 juta m3, waduk juga dilengkapi dengan 5 buah pompa sentrifugal dengan kapasitas masing-masing sebesar 1850 m3/jam. Atas dasar tersebut, dirasa pasokan air untuk keperluan pabrik phthalic anhydride ini aman.

PT. Krakatau Tirta Industri dan PT. Peteka Karya Tirta juga sudah dipercaya oleh beberapa industri di daerah Cilegon sebagai penyedia air baku untuk industri seperti PT. Chandra Asri Petrochemical, PT. Krakatau Steel, PT. Asahimas Chemical, PT. Bayer Material Science, PT. Dong Jin Indonesia, dll. Selain industri, PDAM kota Cilegon juga sudah bekerja sama dengan PT. Krakatau Tirta Industri untuk penyedian air bersih untuk beberapa kawasan perumahan di daerah Cilegon. Sehingga sudah terpercaya dalam penyediaan air baku untuk industri.

VIII.1.2. KEBUTUHAN AIR

(57)

49

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun

Daftar VIII.1. Kebutuhan Air pada Proses Produksi

No Jenis Kebutuhan Jumlah, kg/jam

1. Air untuk sanitas dan Keperluan umum (200 orang) a. Perkantoran dan perumahan (155 L/orang/hari) b. MCK (100 L/orang/hari) Total Over Design 1291,6667 833,3333 2125,0000 25337,5000 2. Air untuk Pemadam Kebakaran

Over Design

116,8750 128,5630 3. Air untuk Pendingin

a. Flaker (FL-01) b. Cooler (C-01) c. Condenser 1 (CD-01) d. Condenser 2 (CD-02) e. HE mobiloiltherm (HEU-02) f. HE dowtherm (HEU-04) Total Make up (4%) 7534,2857 30657,9521 119741,4339 85897,0839 511237,9843 61002,0002 32642,8296

5. Jumlah kebutuhan total 818536,8023

Air yang telah digunakan sebagai air pendingin dapat di-recycle guna menghemat air. Untuk air pendingin, jumlah air make up sebesar 4%, yaitu 32642,8296 kg/jam.

(58)

50

VIII.1.3 UNIT PENGOLAHAN AIR

Pengolahan air didefinisikan sebagai suatu proses peningkatan kualitas sampai keadaan yang diinginkan. Air banyak digunakan dalam pabrik seperti pada keperluan umum kantor, dan sistem air pendingin. Pengolahan air sungai untuk menjadi air keperluan umum dan air pendingin terdiri dari beberapa tahap, diantaranya :

1. SEDIMENTASI

Proses sedimentasi dilakukan dengan cara melewatkan air ke dalam sebuah bak dengan memanfaatkan gaya gravitasi. Bertujuan untuk mengendapkan lumpur-lumpur yang berasal dari sungai atau waduk. Kecepatan pengendapan pada tahap ini bergantung pada berat jenis, bentuk dan ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran dalam pengendap.

2. KLARIFIKASI

Proses ini mencakup penghilangan padatan terlarut (total dissolved solid), partikel kecil (total suspended solid) dan partikel-partikel koloid lainnya. Proses mengelami 3 tahapan, yaitu koagulasi, flokulasi, dan pengendapan. Koagulasi merupakan proses penetralan dalam air sehingga padatan bisa diendapkan. Proses dilakukan dengan menambahkan koagulan (bahan kimia penetral muatan) dan dilakukan pengadukan dengan cepat. Koagulan akan tercampur dengan air tawar dengan menggunakan agitator. Hasil dari penambahan koagulan adalah terbentuknya flok yang akan dilanjutkan dengan tahap flokulasi.

Flokulasi adalah proses dimana partikel-partikel dikombinasikan menjadi gumpalan dengan ditambahkannya bahan kimia pengendap agar dapat dipisahkan melalui sedimentasi atau filtrasi dan dilakukan pengadukan secara lambat. Tujuan utama flokulasi ini adalah untuk mengubah partikel kecil yang tidak stabil menjadi partikel yang lebih besar dan mudah mengendap. Koagulan yang paling umum digunakan adalah garam organik seperti alumunium sulfat (tawas) atau feri sulfat. 3. FILTRASI

Proses ini bertujuan untuk menyaring suspended matter pada air, mengadsorbsi gas klorin atau oksidan lain. Prinsip kerja alat ini ialah melewatkan air pada suatu lapisan berpori-pori sebagai media penyaring.