PABRIK n-BUTANOL DARI PROPHYLENE DAN GAS SINTESA DENGAN PROSES OXO.

(1)

PRA RENCANA PABRIK

Oleh :

CANDRA ASMITHA MEWAL 0731010041

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”

JAWA TIMUR

(2)

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan rasa syukur kepada Tuhan Yang Maha esa dan dengan segala rahmat serta karuniaNya sehingga penyusun telah dapat menyelesaikan Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Normal Butanol dari Propylen dan Gas Sintesa dengan Proses Oxo”, dimana Tugas Akhir ini merupakan tugas yang diberikan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan kesarjanaan di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.

Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Normal Butanol dari Propylen dan Gas Sintesa dengan Proses Oxo” ini disusun berdasarkan pada beberapa sumber yang berasal dari beberapa literature, data – data, dan internet.

Pada kesempatan ini saya mengucapkan terima kasih atas segala bantuan baik berupa saran, sarana maupun prasarana sampai tersusunya Tugas Akhir ini kepada :

1. Bapak Ir. Sutiyono,MT , selaku Dekan FTI UPN “Veteran” Jawa Timur 2. Ibu Ir. Retno Dewati,MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia, FTI UPN

“Veteran” Jawa Timur

3. Ibu Ir. Kindriari Nurma Wahyusi, MT , selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir

4. Bapak Ir. Sutiyono, MT , selaku Dosen Penguji 5. Ibu Tjatoer Welasih, MT, selaku Dosen Penguji 6. Ibu Dyah Suci P, MT , selaku Dosen Penguji

(3)

8. Seluruh Civitas Akademik Jurusan Teknik Kimia, FTI UPN “Veteran” Jawa Timur

9. Kedua Orang tua , adik saya , keluarga saya dan unyilku yang selalu mendoakan saya.

10. Semua pihak yang telah membantu, memberikan bantuan, saran serta dorongan dalam penyelesaian tugas akhir ini.

Saya menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, karena itu segala kritik dan saran yang membangun saya 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 Fakultas Teknologi Indusri Jurusan Teknik Kimia.

Surabaya, Mei 2011

(4)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

KATA PENGANTAR ii

INTISARI iv

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vii

DAFTAR ISI viii

BAB I PENDAHULUAN I-1

BAB II SELEKSI DAN URAIAN PROSES II-1

BAB III NERACA MASSA III-1

BAB IV NERACA PANAS IV-1

BAB V SPESIFIKASI ALAT V-1

BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA VI-1

BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA VII-1

BAB VIII UTILITAS VIII-1

BAB IX LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK IX-1

BAB X ORGANISASI PERUSAHAAN X-1

BAB XI ANALISA EKONOMI XI-1

BAB XII KESIMPULAN DAN SARAN XII-1

(5)

DAFTAR TABEL

Tabel VII.1 Instrumentasi pada Pabrik VII-6

Tabel VIII.1.1 Kebutuhan Steam VIII-3

Tabel VIII.2.3 Kebutuhan Air Pendingin VIII-11

Tabel VIII.4.1. Kebutuhan Listrik untuk Peralatan Utilitas VIII-54

Tabel VIII.4.1. Kebutuhan Listrik untuk Ruang Pabrik VIII-56

Tabel IX.1. Pembagian Luas Pabrik IX-8

Tabel X.1 Jadwal Kerja Karyawan Proses X-11

Tabel XI-1. Biaya Operasi Per kapasitas XI-6

Tabel XI-2 Modal pinjaman pada tahun konstruksi XI-6

Tabel XI-3 Modal sendiri pada tahun konstruksi XI-6

Tabel XI.4. Internal Rate of Return (IRR) XI-7

Tabel XI.5. Rate On Equity (ROE) XI-8

Tabel XI.6. Pay Out Periode (POP) XI-9

(6)

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 Flowsheet Uraian Proses Reppe II-2

Gambar II.1 Flowsheet Uraian Proses Oxo II-3

Gambar VIII.1 Flowsheet Pengolahan Air Limbah VIII-63

Gambar IX.1 Lay Out Pabrik IX-10

Gambar IX.2 Lay Out Peralatan Pabrik IX-12

Gambar X.1 Struktur Organisasi Perusahaan X-13

(7)

INTISARI

Perencanaan pabrik Normal Butanol ini diharapkan dapat berproduksi

dengan kapasitas 15,000 ton/tahun dalam bentuk cair. Pabrik beroperasi secara

continuous selama 330 hari dalam setahun.

Propilen dari tangki penampung dikompresikan ke heater sampai suhu

160oC, bersama-sama dengan gas sintesa dikompresikan ke heater sampai suhu

160oC menuju reaktor. Di dalam reaktor terjadi reaksi antara propilen dan gas

sintesa dibantu katalis cobalt hidrocarbonyl pada suhu 160oC dan tekanan 30 atm.

Dari reactor gas dialirkan oleh expansion valve dan tekanan diturunkan

dari 30 atm menjadi 1 atm menuju separator. Di separator pada suhu 35 oC terjadi

pemisahan antara gas dan liquid. Gas buang di buang bebas, sedangkan liquid di

pompakan dan dipanaskan oleh heater destilasi sampai suhu 116,68 oC. Dari

heater destilasi liquid dimurnikan lagi ke destilasi. Komponen yang mempunyai

titik didih rendah akan menguap terlebih dahulu dan menuju ke atas, sedangkan

komponen yang mempunyai titik didih tinggi akan dipanaskan di reboiler dan

dialirkan masuk ke destilasi. Di dalam destilasi akan terjadi kontak anatara liquid

dan uap. Produk atas akan didinginkan oleh cooler sampai suhu 35 oC menuju

tangki penampung iso butanol. Produk bawah akan didinginkan oleh cooler

(8)

Pendirian pabrik berlokasi di Driyorejo, Gresik dengan ketentuan :

Bentuk Perusahaan : Perseroan Terbatas

Sistem Organisasi : Garis dan Staff

Jumlah Karyawan : 90 orang

Sistem Operasi : Continuous

Waktu Operasi : 330 hari/tahun ; 24 jam/hari

Analisa Ekonomi :

Massa konstruksi : 2 tahun

Umur pabrik : 10 tahun

Fixed Capital Investment (FCI) : Rp 186,676,027,683

Working Capital Investment (WCI) : Rp. 32,049,850,373

Total Capital Investment (TCI) : Rp. 218,725,878,056

Biaya Bahan Baku : Rp. 94,871,853,981

Biaya Utilitas : Rp. 357,191,484

Biaya Produksi Total :Rp. 240,168,259,402

Hasil Penjualan Produk :Rp. 260,360,000,000

Internal Rate of Return : 30%

Rate of Investment : 47%

Pay Out Period : 3.3 tahun

(9)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Indonesia sebagai negara yang berkembang akan melaksanakan pembangunan dan pengembangan di berbagai sektor, salah satunya adalah sektor industri. Dalam pembangunan, sektor industri makin berperan strategis karena merupakan motor penggerak dalam pembangunan suatu Negara. Sektor ini di harapkan disamping sebagai penyerap tenaga kerja terbesar dan penghasil devisa, juga sebagai pemacu pertumbuhan ekonomi yang tinggi.

Industri yang tengah dikembangkan di Indonesia yaitu industri kimia.Industri kimia merupakan industri yang cukup besar kontribusinya dalam menghasilkan devisa negara dan juga selama ini Indonesia banyak mengimport bahan kimia dari luar negeri. Selain itu Indonesia kaya akan sumber daya alam yang merupakan bahan dasar atau bahan baku dari industri kimia.

Salah satu bahan kimia yang masih di import adalah n-butanol (C4H9OH). N-butanol digunakan sebagai bahan baku pemucat cat, kosmetik, tinta printer, pestisida, insektisida, ester, eter,dll.

(10)

I.2 Perkembangan Industri Kimia di Indonesia

Produksi normal butanol dikomersilkan pada tahn 1950 dengan katalis kobalt oleh Ruhchemie yang dioperasikan setelah perang dunia II teknologi pembuatan n-butanol dikembangkan oleh Badische Anilin dan Soda Fabric A.G.(BASF). Sekitar 7% pembuatan n-butanol oleh perusahaan di USA menggunakan teknologi oxo (kirk&Othmer 1978).

Di Indonesia produksi n-butanol juga dikembangkan salah satu perusahaan yang memproduksi n-butanol adalah P.T petro Oxo Nusantara. Menurut data yang kami peroleh dari Badan Statistik tentang produksi industri kimia khususnya n-butanol di Indonesia mengalami peningkatan, jumlah ekspor juga meningkat namun belum bisa memenuhi kebutuhan n-butanol yang ada di Indonesia. Hal ini bisa dilihat dari kebutuhan impor yang tiap tahunnya juga mengalamai peningkatan, dan selisihnya cukup besar antara jumlah impor dengan produksi Indonesia.

I.3 Manfaat Didirikannya Pabrik Normal Butanol

Manfaat lebih lanjut didirikan pabrik ini diharapkan dapat mendukung dan mendorong pertumbuhan industri-industri kimia, menciptakan lapangan kerja, mengurangi pengangguran dan memperkuat perekonomian di Indonesia.

(11)

Dalam pendirian pabrik diperlukkan suatu perkiraaan kapasitas produksi agar produksi yang dihasilkan dapat sesuai permintaan dan diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri.

Tabel 1.1 Data import n-butanol di Indonesia Tahun Jumlah (kg/tahun)

2008 4140713

2007 2929587

2006 2141554

2005 1407107

2004 1151925

I.4 Sifat dan Kegunaan

I.4.1 Sifat Bahan Baku dan Produk

1. Propylene (Matheson, gas data book, 1961 ; Kirk Othmer,vol.3, 1964) Sifat Fisika

a. Rumus molekul : C3H6

b. Kenampakkan pada suhu kamar (32oC) : gas tidak berwarna c. Berat molekul (BM) : 42,081 g/gmol d. Boiling point (Tbp) : -47,7oC

(12)

g. Critical Presure (Pc) : 45,6 atm (670,32 psi) h. Spesific grafity, gas : 1,49

i. Viscositas, cP (-185oC) : 0.0078 j. Panas penguapan (-47,7 oC), cal/gr : 104,62 k. Panas pembentukkan (25oC), cal/gr : 4,879 l. Panas pembakaran (25oC), cal/gr : 460,428 m. Spesific Heat ratio,cp/cv : 1.145

Sifat Kimia

a. larut dalam alkhohol dan eter, tetapi sedikit larut dalam air b. bila terbakar berwarna kuning

2. Hidrogen (H2) Sifat Fisika

a. Rumus molekul : H2

b. Kenampakkan pada suhu kamar (32oC) : gas tidak berwarna c. Berat molekul (BM) : 2,016 g/gmol

d. Boiling point (Tbp) : -257,78oC (-430,2 oF)

e. Density (32oF, 1atm) lb/cuft : 0,005611 lb/cuft(0,0694 g/ml) f. Critical temperature (Tc) : -239,9oC (-399,8oF)

g. Critical Presure (Pc) : 12,8 atm (188,2 psia)

h. Spesific grafity : 0,06952

(13)

k. Panas pembakaran BTU/cuft : 325 l. Spesific Heat ratio,cp/cv : 1.410

Sifat Kimia

a. Merupakan gas diatomic dan unsur terbanyak di alam b. Sangat sedikit larut dalam air, alkhohol, dan eter c. Tidak korosif

d. Mudah terbakar

3. Carbon Monoksida (CO) Sifat Fisika

a. Rumus molekul : CO

b. Kenampakkan pada suhu kamar (32oC) : gas tidak berwarna c. Berat molekul (BM) : 28,01 g/gmol d. Boiling point (Tbp) : -191,5oC (312 oF) e. Critical temperature (Tc) : -140oC (-220oF) f. Critical Presure (Pc) : 34,5atm (507,5 psia) g. Critical density (Dc), gr/cc : 0,301

(14)

Sifat Kimia

a. Merupakan gas yang sangat beracun untuk pernafasan, daya ikat terhadap hemoglobin 200 kali lebih besar daripada oksigen.

b. Mudah terbakar, dan berwarna ungu

c. Kelarutan dalam air (3,5/100 ml), dan sedikit larut dalam alkhohol dan benzene.

Katalis :

4. Cobalt Hidrocarbonyl , Hco(CO)4

Synonim nama dari Cobalt Hidrocarbonyl adalah :

a. Hydrocobalt tetracarbonyl b. Tetracarbonyl Hydridocobalt c. Tetracarbonyl Hydrocobalt

Sifat Fisika (Enviromental Chemistry Com).htm

a. Rumus molekul : Hco(CO)4

b. Berat molekul (BM) : 140 g/gmol c. Boiling point (Tbp) : 2870oC (3143oK) d. Density (300 oK) : 8,9

(15)

Produk Utama

5. Normal Butanol Sifat Fisika

a. Rumus molekul : n-C4H9OH

b. Kenampakkan pada suhu kamar (32oC) : cair,tidak berwarna c. Berat molekul (BM) : 74,123 g/gmol d. Boiling point (Tbp) : 128oC

e. Melting temperature : -125oC

f. Density, gr/ml : 0,81337

g. Critical temperature (Tc) : 287oC h. Critical Presure (Pc) : 48,4 atm i. Viscositas, cP (15oC) : 0,03379 j. Panas penguapan cal/gr : 141,31 k. Panas pembakaran kg cal/mol : 639

Sifat Kimia

a. Kelarutan dalam air pada 30oC adalah 7,08 % berat alkhohol dan ester 20,62% berat.

6. Iso Butanol Sifat Fisika

(16)

d. Boiling point (Tbp) : 117-120oC

e. Density, gr/ml : 0,80576

f. Critical temperature (Tc) : 265oC g. Critical Presure (Pc) : 48 atm

h. Spesific grafity : 0,06952

i. Viscositas gas, cP (15oC) : 0,04703 j. Panas penguapan cal/gr : 138,25 k. Panas pembakaran kg cal/mol : 638,2

Sifat Kimia

a. Kelarutan dalam air pada 30 oC adalah 7,5 % berat pada alkhohol dan ester 17,3% berat.

I.4.2 Tata Nama Dan Struktur Normal Butanol Dan Iso Butanol a. Normal Butyl Alkhohol (CH3CH2CH2CH2OH)

mempunyai 4 isomer yaitu : n-Butyl Alkhohol, Butyl alkhohol, n-Butanol, 1-Butanol

b. Isobutil alkhohol (CH3-CH(CH3)-CH2-OH) (Isobutanol, isopropyl kabinol, 2 metil propanol) c. Sekunder butyl alkhohol (CH3CH2CH(OH)CH3)

(Sekunder butyl alkhohol, sekunder butanol, 2 butanol) d. Tersier butyl alkhohol (CH3C(CH3)(OH)CH3)

(17)

I.4.3 Manfaat Dari Normal Butanol Dalam Negeri a. Bahan baku pembuatan cat

b. Bahan baku pembuat kosmetik c. Bahan baku pembuat tinta printer

(18)

BAB II

URAIAN DAN PPROSES

II.1 Macam Proses

Proses pembuatan normal dan iso btanol dibagi menjadi dua macam yaitu : 1. Proses Reppe

2. Proses Oxo (Hidroformilasi)

II.1.1 Proses Reppe

Proses Reppe adalah sintesa alkhohol dari olefin, karbon monoksida dan air. Teknologi pembuatan n-butanol dengan metode ini dikembangkan oleh Badische Anilin dan Soda Fabric A.G.(BASF). Metode ini dikomersialkan di Jepang pada tahun 1965, oleh Japan Butanol menggunakan teknologi BASF.

Proses Reppe menggunakan proses konvensional dibandingkan proses oxo. Reaksi dilakukan pada suhu 100oC dan tekanan 15 atm dengan katalis iron hydrocarbonyl HFe3(CO)4, reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

C3H6 + 3CO + 2H2O C4H9OH + 2CO2 (Mc. Ketta, 1975 and Mc. Ketta ed.5 hal 380)

(19)

Berikut blok diagram alir dari proses Reppe (Mc. Ketta ed, hal 385)

Gb.II.1 Blok Diagram Proses Reppe

II.1.2 Proses Oxo

Proses hidroformilasi/oxo ditemukan oleh Otto Roelan pada tahun 1938 ketika mempelajari efek eyilen dengan reaksi Fischer Tropsch pada hidrogenasi memerlukan 1-10% air yang harus ditambahkan ke dalam umpan reactor untuk menekan reaksi samping pembentukkan ester proses hidrogenasi ini lebih dikenal sebagai proses hidroformilasi/oxo sering dengan perkembangan kemajuan teknologi.

(20)

Pada pembuatan normal butanol dengan proses oxo ini propylene direaksikan dengan gas sintesa (H2 dan CO), ratio perbandingan H2 dan CO adalah 2:1. Proses oxo bereaksi pada suhu 160oC dan 30 atm dengan katalis cobalt hidrocarbonyl HCo(CO)4, dan persamaan reaksinya, sbb :

C3H6 + 2H2 + CO C4H9OH (Mcketta hal 361)

Berikut blok diagram alir dari proses oxo ( Mc. Kette, ed 5, hal 374)

Gb.II.2 Diagram Blok Proses Oxo

(21)

II.2 Seleksi Proses

Berdasarkan uraian proses di atas maka kami memilih pembuatan normal butanol dengan proses Oxo (hidroformilasi) karena paling banyak digunakan di dalam industri saat ini. Biaya yang dikeluarkan pada proses Oxo (hidroformilasi) relatif lebih murah dibandingkan proses Reppe, karena katalis yang digunakan yaitu iron hydrocarbonyl HFe3(CO)4 bersifat sensitive terhadap air dan CO2.

II.3 Uraian Proses

Dari pemilihan proses disebutkan bahwa proses yang digunakan adalah proses Oxo, pembuatan butanol menggunakan bahan baku propilen dan gas sintesa. Proses Oxo dapat diuraiakan sebagai berikut.

Propilen dari tangki penampung dikompresikan ke heater sampai suhu 160oC, bersama-sama dengan gas sintesa dikompresikan ke heater sampai suhu 160oC menuju reaktor. Di dalam reaktor terjadi reaksi antara propilen dan gas sintesa dibantu katalis cobalt hidrocarbonyl pada suhu 160oC dan tekanan 30 atm, reaksi sebagai berikut :

C3H6 + CO + 2H2 C4H9OH

( Mc. Ketta, 5th hal 373)

Dari reactor gas dialirkan oleh expansion valve dan tekanan diturunkan dari 30

(22)

(23)

BAB III

NERACA MASSA

Kapasitas Produksi = 15000 ton / tahun ( data BPS )

Operasi = 330 hari / tahun

Basis Perhitungan = 1 jam operasi

(24)

1. Reaktor

Neraca Massa Reaktor

Masuk Keluar

Propylene :

C3H6 = 1297.3058

C3H8 = 3.5447 CO2 = 0.5443

Gas sintesa :

CO = 883.4064

N2 = 29.2035 H2 = 127.1606 O2 = 0.2548

C3H6 sisa = 90.8114

CO sisa = 80.3097 H2 sisa = 11.5601 C3H8 = 3.5447 CO2 = 0.5443 N2 = 29.2035

O2 = 0.2548 N – C4H9OH = 1931.9924 I - C4H9OH = 193.1992

(25)

2. Flash Drum

Neraca Massa Flash Drum

(26)

3. DESTILASI

Neraca Massa Destilasi

Masuk Keluar

N – C4H9OH = 1928.6597 I - C4H9OH = 192.6490

Produk Atas :

N – C4H9OH = 38.5732 I - C4H9OH = 188.7960

Produk Bawah :

N – C4H9OH = 1890.0865 I - C4H9OH = 3.8530

(27)

BAB IV

NERACA PANAS

1. KOMPRESSOR PROPYLEN

NERACA PANAS

Masuk Keluar

Komponen Kkal / jam Komponen Kkal / jam C3H6

C3H8

CO2

Ws

2368.6913 7.1421 0.5506 1653.4612

C3H6

C3H8

CO2

4016.7963 12.1176

0.9314

(28)

(29)

4. HEATER PROPYLENE

5. HEATER GAS CO

Masuk Keluar

Komponen kkal/jam Komponen kkal/jam

C3H6 4016.7963 C3H6 74452.0341

C3H8 12.1176 C3H8 227.9554

CO2 0.9314 CO2 15.9285

Q steam 74385.3397 Q loss 3719.2670

78415.1850 78415.1850

NERACA PANAS

Masuk Keluar

Komponen Kkal / jam Komponen Kkal / jam

CO 2915.5661 CO 29793.6819

N2 96.3216 N2 982.0519

Q steam 29225.1012 Q loss 1461.2551

(30)

6. HEATER GAS H2

NERACA PANAS

Masuk Keluar

CO 12398.4128 CO 59089.4221

N2 1.5956 N2 7.6845

Q steam 49154.8402 Q loss 2457.7420

(31)

7. REAKTOR

(32)

8. EXPANSI VALVE

(33)

9. COOLER I

(34)

10.HEATER DESTILASI

NERACA PANAS

Masuk Keluar

Komponen Kkal / jam Komponen Kkal / jam n - C4H9OH

I - C4H9OH Q supply

6878.8862 682.5628 72723.4601

n - C4H9OH I - C4H9OH Q loss

69690.4229 6958.3132 3636.1730

(35)

11.DESTILASI

(36)

12. COOLER II

NERACA PANAS

Masuk Keluar

n - C4H9OH I - C4H9OH

1280.6035 6262.6763

n - C4H9OH i - C4H9OH Qterserap

137.5777 668.9116 6736.7906

(37)

13.COOLER III

NERACA PANAS

Masuk Keluar

n - C4H9OH I - C4H9OH

68955.4441

1406.7381

n - C4H9OH I - C4H9OH Qterserap

6741.3085 136.6663 63484.2074

(38)

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN

1. TANGKI PENYIMPAN PROPYLENE

Fungsi : menampung gas propylene Type : spherical

Kapasitas : 40738.1469 cuft Tekanan : 15 atm

Diameter : 29.605 ft Panjang : 59.210 ft Tebal shell : 2 1/5 in Tebal tutup : 2 1/5 in

(39)

2. TANGKI PENYIMPAN GAS CO

Fungsi : menampung gas CO Type : hemispherical heads Kapasitas : 21461.7521 cuft Tekanan : 15 atm

Diameter : 23.8347 ft Panjang : 47.6694 ft Tebal shell : 1 5/8 in Tebal tutup : 1 5/8 in

(40)

3. TANGKI PENYIMPAN H2

Fungsi : menampung gas H2

Type : silinder horizontal dengan tutup dished Kapasitas : 40430.9851 cuft

Tekanan : 15 atm Diameter : 29.431 ft Panjang : 58.8615 ft Tebal shell : 2 in Tebal tutup : 2 in

Bahan kontruksi : Carbon Steal SA-283 grade C ( brownell hal 253 ) Jumlah : 8 buah

4. KOMPRESSOR PROPYLEN

Fungsi : Untuk menaikkan tekanan sebelum masuk ke dalam reactor Type : rotary sliding vane

(41)

5. KOMPRESSOR CO

Power : 11 hp Jumlah : 1 buah

6. KOMPRESSOR H2

(42)

7. HEATER GAS PROPYLEN

Fungsi : memanaskan bahan sampai suhu 160 °C

Type : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger (fixed tube) Tube :

Number and length : 70 16’0”

OD : ¾ in

BWG : 16

Pitch : 1 in²

Passes : 2

Shell :

ID : 12 in

Passes : 1

(43)

8. HEATER GAS CO

OD : ¾ in

BWG : 16

Pitch : 1 in²

Passes : 2

Shell :

ID : 12 in

Passes : 1

(44)

9. HEATER GAS H2

OD : ¾ in

BWG : 16

Pitch : 1 in²

Passes : 2

Shell :

ID : 12 in

Passes : 1

A : 195.2642 ft² Jumlah : 1 buah

10.EKSPANSI VALVE

Fungsi : menurunkan tekanan setelah keluar reaktor dan menuju separator Jenis : centrifugal

Power : 75 hp

(45)

11.COOLER I

Fungsi : menurunkan bahan sampai suhu 35 °C

OD : ¾ in

BWG : 16

Pitch : 1 in²

Passes : 2

Shell :

ID : 10.2 in

Passes : 1

(46)

12.FLASH DRUM

Fungsi : memisahkan gas dan liquid Type : silinder vertical

Kapasitas : 73.0862 cuft Diameter : 3.3395 ft Tinggi : 8.3486 ft Tebal shell : 5/8 in Tebal tutup : 5/8 in

Banhan kontruksi : Carbon Stell SA - 283 grade C Jumlah : 1 buah

13.POMPA

Fungsi : mengalirkan n- butanol dan i- butanol menuju destilasi Type : Centrifugal pump

Bahan : Commercial steel Rate volumetric : 12.7299 gpm

Total dynamic Head : 35.5724 ft lbf / lbm Effisiensi motor : 82%

Power : 1.5 hp

(47)

14.HEATER DESTILASI

Fungsi : memanaskan bahan sampai suhu 116.6801 °C

OD : ¾ in

BWG : 16

Pitch : 1 in²

Passes : 2

Shell :

ID : 12 in

Passes : 1

(48)

15.DESTILASI

Fungsi : memisahkan n-butanol dan i-butanol berdasarkan titik didih Type : Sieve Tray Coloumn

T operasi : 116.68 °C P operasi : 1 atm Diameter : 0.9312 ft Tebal shell : 3 / 16 in Tinggi tutup : 0.25 ft Tebal tutup : 0.1410 in Jumlah Tray : 17 plate Tebl tray : 12 gage Tray spacing : 24 in

Feed plate : masuk pada plate ke – 3 H total tower : 11.948 m

(49)

16. KONDENSOR

Fungsi : mengkondensasikan bahan sampai suhu 35 °C

OD : ¾ in

BWG : 16

Pitch : 1 in²

Passes : 2

Shell :

ID : 10.2 in

Passes : 1

(50)

17.AKUMULATOR

Fungsi : Menampung sementara kondensat dari kondensor Type : silinder horizontal dengan tutup dished

Volume : 2.0673 cuft Tekanan : 1 atm Diameter : 1 ft Panjang : 3 ft Tebal shell : 3/16 in Tebal tutup : 3/16 in

Bahan kontruksi : Carbon Steal SA-283 grade C Jumlah : 1 buah

18.POMPA

Fungsi : mengalirkan bahan menuju destilasi Type : Centrifugal pump

Total dynamic Head :94.0903 ft lbf / lbm Effisiensi motor : 80%

Power : 1 hp

(51)

19.REBOILER

Fungsi : menguapkan bahan sampai suhu 117.481 °C

OD : ¾ in

BWG : 16

Pitch : 1 in²

Passes : 2

Shell :

ID : 12 in

Passes : 1

(52)

20.POMPA

Fungsi : mengalirkan bahan menuju tangki penampung n-butanol Type : Centrifugal pump

Total dynamic Head : 62.3828 ft lbf / lbm Effisiensi motor : 81%

Power : 1.6 hp

(53)

21.COOLER

Fungsi : menurunkan bahan sampai suhu 35 °C ,menuju tangki n-butanol

OD : ¾ in

BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell :

ID : 10.2 in

Passes : 1

(54)

22.COOLER

Fungsi : menurunkan bahan sampai suhu 35 °C menuju tangki i-butanol

OD : ¾ in

BWG : 16

Pitch : 1 in²

Passes : 2

Shell :

ID : 10.2 in

Passes : 1

(55)

23.TANGKI PENAMPUNG I-BUTANOL

Fungsi : menampung produk i-butanol

Type : silinder tegak, tutup bawah datar dan tutup atas dished Kapasitas : 1434 cuft

Diameter : 9.6806 ft Panjang : 19.3612 ft Tebal shell :3/16 in Tebal tutup : ¼ in

Bahan kontruksi : Carbon Steal SA-283 grade C ( brownell hal 253 ) Jumlah : 1 buah

24.TANGKI PENAMPUNG N-BUTANOL

Fungsi : menampung produk n-butanol

Type : silinder tegak, tutup bawah datar dan tutup atas dished Kapasitas : 3981.7826 cuft

(56)

BAB VI

PERANCANGAN ALAT UTAMA

R-210

1. REAKTOR

Nama alat : Reaktor

Fungsi : untuk mereaksikan propylene dan gas sintesa

Type : multitube

Shell :

Diameter : 2 ft

Tinggi : 4 ft

Tebal shell : 1 3/8 in Tebal tutup atas : 1 in Tebal tutup bawah : 1 in

Bahan kontruksi : Carbon Stell SA-283 grade C

(57)

Tube sheet :

Digunakan tube dengan diameter 2 in sch 40 IPS

OD : 2.3800 in

ID : 1.9390 in

Panjang tube : 39.3209 ft

Pitch : 1 ¼ triangular

Jumlah tube : 150

Distributor :

(58)

BAB VII

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

VII.I. Instrumentasi

Dalam rangka pengoperasian pabrik, pemasangan alat – alat instrumentasi sangat dibutuhkan dalam memperoleh hasil produksi yang optimal. Pemasangan alat –alat instrumentasi disini bertujuan sebagai pengontrol jalannya proses produksi dari peralatan – peralatan pada awal sampai akhir produksi, dimana dengan alat insrumentasi tersebut, kegiatan maupun aktifitas tiap – tiap unit dapat dicatat kondisi operasinya sehingga sesuai dengan kondisi operasi yang dikehendaki serta mampu memberikan tanda – tanda apabila terjadinya penyimpangan selama proses produksi berlangsung.

Pada uraian diatas dapat disederhanakan bahwa dengan adanya alat instrumentasi maka :

1. Proses produksi dapat berjalan sesuai dengan kondisi – kondisi yang telah ditentukan sehingga diperoleh hasil yang optimum.

2. Proses produksi berjalan sesuai dengan effisiensi yang telah ditentukan dan kondisi proses tetap terjaga pada kondisi yang sama.

(59)

4. Bila terjadi penyimpangan selama proses produksi, maka dapat segera diketahui sehingga dapat ditangani dengan segera.

Adapun variabel proses yang diukur dibagi menjadi 3 bagian :

1. Variabel yang berhubungan dengan energi, seperti temperatur, tekanan, dan radiasi.

2. Variabel yang berhubungan dengan kuantitas dan rate, seperti pada kecepatan aliran fluida, ketinggian liquida, dan ketebalan.

3. Variabel yang berhubungan dengan karakteristik fisik dan kimia, seperti densitas, kandungan air.

Yang harus diperhatikan didalam pemilihan alat Instrumentasi adalah :

- Lavel, Range, dan fungsi dari alat instrumentasi. - Ketelitian hasil pengukuran.

- Konstruksi material.

- Pengaruh yang ditimbulkan terhadap kondisi operasi proses yang berlangsung. - Mudah diperoleh dipasaran.

(60)

Instrumentasi yang ada dipasaran dapat dibedakan dari jenis pengoperasian alat instrumentasi tersebut, yaitu alat instrumentasi manual atau otomatis. Pada dasarnya alat – alat kontrol yang otomatis lebih disukai dikarenakan pengontrolannya tidak terlalu sulit, kontinyu, dan efektif, sehingga menghemat tenaga kerja dan waktu. Akan tetapi mengingat faktor – faktor ekonomis dan investasi modal yang ditanamkan pada alat instrumentasi berjenis otomatis ini, maka pada perancangan pabrik ini sedianya akan menggunakan kedua jenis alat instrumentasi tersebut.

Adapun fungsi utama dari alat instrumentasi otomatis adalah :

- Melakukan pengukuran.

- Sebagai pembanding hasil pengukuran dengan kondisi yang harus dicapai. - Melakukan perhitungan.

- Melakukan koreksi.

Alat instrumentasi otomatis ini dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu :

1. Sensing / Primary element

(61)

2. Receiving Element / Element Pengontrol

Alat kontrol ini akan mengevaluasi signal yang didapat dari sensing element dan diubah menjadi skala yang bisa dibaca, digambarkan dan dibaca oleh error detector. Dengan demikian sumber energi bisa diatur sesuai dengan perubahan – perubahan yang terjadi.

3. Transmitting Element.

Alat kontrol ini berfungsi sebagai pembawa signal dari sensing element ke receiving element.

(62)

1. Flow Control (FC)

Mengontrol aliran setelah keluar pompa.

2. Flow Ratio Control (FRC)

Mengontrol ratio aliran yang bercabang setelah pompa.

3. Level Control (LC)

Mengontrol ketinggian bahan didalam tangki dapat juga digunakan sebagai (WC) Weight Control.

4. Level Indicator (LI)

Mengindikasikan / informatif ketinggian bahan didalam tangki.

5. Pressure Control (PC)

Mengontrol tekanan pada aliran / alat.

6. Pressure Indicator (PI)

Mengindikasikan / informatif tekanan pada aliran / alat.

7. Temperatur Control (TC)

(63)

Tabel Instrumentasi Pada Pabrik

N0. Nama Alat Instrumentasi

1. Tangki penampung PI

2. Pompa FC

3. Reaktor TC ; PI

4. Heat exchanger TC

5. Kolom distilasi LC ; PC

6. Compressor PC ; TC

VII.2 Keselamatan Kerja

Keselamatan kerja atau safety factor adalah hal yang paling utama yang harus diperhatikan dalam merencanakan suatu pabrik, hal ini disebabkan karena :

- Dapat mencegah terjadinya kerusakan – kerusakan yang besar yang disebabkan oleh kebakaran atau hal lainnya baik terhadap karyawan maupun oleh peralatan itu sendiri. - Terpeliharanya peralatan dengan baik sehingga dapat digunakan dalam waktu yang

(64)

Secara umum bahaya – bahaya tersebut dapat dibagi dalam tiga kategori, yaitu :

1. Bahaya kebakaran.

2. Bahaya kecelakaan secara kimia. 3. Bahaya terhadap zat – zat kimia.

Untuk menghindari kecelakaan yang mungkin terjadi, berikut ini terdapat beberapa hal yang perlu mendapat perhatian pada setiap pabrik pada umumnya dan pada pabrik ini pada khususnya.

VII.2.1 Bahaya Kebakaran

A. Penyebab Kebakaran.

1. Adanya nyala terbuka (open flame) yang datang dari unit utilitas, workshop, dan lain – lain.

(65)

B. Pencegahan.

1. Menempatkan unit utilitas dan power plant cukup jauh dari lokasi proses yang dikerjakan.

2. Menempatkan bahan yang mudah terbakar pada tempat yang terisolasi dan tertutup.

3. Memasang kabel atau kawat listrik ditempat – tempat yang terlindung, jauh dari daerah yang panas yang memungkinkan terjadinya kebakaran.

4. Sistem alarm hendaknya ditempatkan pada lokasi dimana tenaga kerja dengan cepat dapat mengetahui apabila terjadi kebakaran.

C. Alat Pencegah Kebakaran.

1. Instalasi permanen seperti fire hydrant system dan sprinkle otomatis.

2. Pemakaian portable fire – extinguisher bagi daerah yang mudah dijangkau bila terjadi kebakaran. Jenis dan jumlahnya pada perencanaan pabrik ini dapat dilihat pada tabel.

(66)

VII.2.2 Bahaya Kecelakaan

Karena kesalahan mekanik sering terjadi dikarenakan kelalaian pengerjaan maupun kesalahan konstruksi dan tidak mengikuti aturan yang berlaku. Bentuk kerusakan yang umum adalah karena korosi dan ledakan. Kejadian ini selain mengakibatkan kerugian yang besar karena dapat mengakibatkan cacat tubuh maupun hilangnya nyawa pekerja. Berbagai kemungkinan kecelakaan karena mekanik pada pabrik ini dan cara pencegahannya dapat digunakan sebagai berikut :

A. Vessel.

Kesalahan dalam perencanaan vessel dan tangki dapat mengakibatkan kerusakan fatal, cara pencegahannya :

1. Menyeleksi dengan hati – hati bahan konstruksi yang sesuai, tahan korosi serta memakai corrosion allowance yang wajar. Untuk pabrik ini, semua bahan konstruksi yang umum dapat dipergunakan dengan pengecualian adanya seng dan tembaga. Bahan konstruksi yang biasanya dipakai untuk tangki penyimpan, perpipaan, dan peralatan lainnya dalam pabrik ini adalah steel. Semua konstruksi harus sesuai dengan standar ASME (America Society Mechanical Engineering).

2. Memperhatikan teknik pengelasan. 3. Memakai level gauge yang otomatis.

(67)

B. Heat Exchanger

Kerusakan yang terjadi pada ummumnya disebabkan karena kebocoran – kebocoran. Hal ini dapat dicegah dengan cara :

1. Pada inlet dan outlet dipaasang block valve untuk mencegah terjadinya thermal expansion.

2. Drainhole yang cukup harus disediakan untuk pemeliharaan.

3. Pengecekan dan pngujian terhadap setiap ruangan fluida secara sendiri – sendiri. 4. Memakai heat exchanger yang cocok untuk ukuran tersebut. Disamping itu juga rate aliran harus benar – benar dijaga agar tidak terjadi perpindahan panas yang berlebihan sehingga terjadi perubahan fase didalam pipa.

C. Peralatan yang bergerak.

Peralatan yang bergerak apabila ditempatkan tidak hati – hati, maka akan menimbulkan bahaya bagi pekerja. Pencegahan bahaya ini dapat dilakukan dengan :

1. Pemasangan penghalang untuk semua sambungan pipa.

(68)

D. Perpipaan.

Selain ditinnjau dari segi ekonomisnya, perpipaan juga harus ditinjau dari segi keamanannya hal ini dikarenakan perpipaan yang kurang teratur dapat membahayakan pekerja terutama pada malam hari, seperti tebentur, tersandung dan sebagainya. Sambungan yang kurang baik dapat menimbulkan juga hal – hal yang tidak diinginkan seperti kebocoran – kebocoran bahan kimia yang berbahaya. Untuk menghindari hal – hal yang tidak diinginkan tersebut, maka dapat dilakukan dengan cara :

1. Pemasangan pipa (untuk ukuran yang tidak besar hendaknya pada elevasi yang tinggi tidak didalam tanah, karena dapat menimbulkan kesulitan apabila terjadi kebocoran.

2. Bahan konstruksi yang dipakai untuk perpipaan harus memakai konstruksi dari steel.

3. Sebelum dipakai, hendaknya diadakan pengecekan dan pengetesan terhadap kekuatan tekan dan kerusakan yang diakibatkan karena perubahan suhu, begitu juga harus dicegah terjadinya over stressing atau pondasi yang bergerak.

(69)

E. Listrik

Kebakaran sering terjadi akibat kurang baiknya perencanaan instalasi listrik dan kecerobohan operator yang menanganinya. Sebagai usaha pencegahannya dapat dilakukan :

1. Alat – alat listrik dibawah tanah sebaiknya diberi tanda seperti dengan cat warna pada penutupnya atau diberi isolasi berwarna.

2. Pemasangan alat remote shut down dari alat – alat operasi disamping starter.

3. Penerangan yang cukup pada semua bagian pabrik supaya operator tidak mengalami kesulitan dalam bekerja.

4. Sebaiknya untuk penerangan juga disediakan oleh PLN meskipun kapasitas generator set mencukupi untuk penerangan dan proses.

5. Penyediaan emergency power supplies tegangan tinggi. 6. Meletakkan jalur – jalur kabel listrik pada posisi aman.

(70)

F. Isolasi.

Isolasi penting sekali terutama berpengaruh terhadap pada karyawan dari kepanasan yang dapat mengganggu kinerja para karyawan, oleh karena itu dilakukan :

1. Pemakian isolasi pada alat – alat yang menimbulkan panas seperti reaktor, exchanger, kolom distilasi dan lain – lain. Sehingga tidak mengganggu kosentrasi pekerjaan.

2. Pemasangan pada kabel instrumen, kawat listrik dan perpipaan yang berada pada daerah yang panas, hal ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya kebakaran.

G. Bangunan pabrik.

Hal – hal yang perlu diperhatikan dalam perencanaan bangunan pabrik adalah :

1. Bangunan – bangunan yang tinggi harus diberi penangkal petir dan jika tingginya melebihi 20 meter, maka harus diberi lampu mercu suar.

(71)

VII.2.3 Bahaya Karena Bahan Kimia

Banyak bahan kimia yang berbahaya bagi kesehatan. Biasanya para pekerja tidak mengetahui seberapa jauh bahaya yang dapat ditimbulkan oleh bahan kimia seperti bahan – bahan berupa gas yang tidak berbau atau tidak berwarna yang sulit diketahui jika terjadi kebocoran. Untuk itu sering diberikan penjelasan pendahuluan bagi para pekerja agar mereka dapat mengetahui bahwa bahan kimia tersebut berbahaya. Cara lainnya adalah memberikan tanda – tanda atau gambar – gambar pada daerah yang berbahaya atau pada alat – alat yang berbahaya, sehingga semua orang yang berada didekatnya dapat lebih waspada. Selain hal – hal tersebut diatas, usaha – usaha lain dalam menjaga keselamatan kerja dalam pabrik ini adalah memperhatikan hal – hal seperti :

1. Di dalam ruang produksi para pekerja dan para operator dilarang merokok.

2. Harus memakai sepatu karet dan tidak diperkenankan memakai sepatu yang alasnya berpaku.

3. Untuk pekerja lapangan maupun pekerja proses dan semua orang yang memasuki daerah proses diharuskan mengenakan topi pengaman agar terlindung dari kemungkinan kejatuhan barang – barang dari atas.

(72)

BAB VIII

UTILITAS

Dalam sebuah pabrik, utilitas meupakan bagian yang tidak dapat dipisahkan mengingat saling berhubungan antara proses industri dengan kebutuhan utilitas untuk proses tersebut. Dalam hal ini, utilitas dari suatu pabrik terdiri atas :

1. Unit pengolahan air

Unit ini berfungsi sebagai penyedia kebutuhan air pendingin, air proses, air sanitasi, dan air pengisi boiler.

2. Unit pembangkitan “steam”

Unit ini berfungsi sebagai penyedia kebutuhan “steam” pada proses evaporasi, pemanasan, dan “supplay” pembangkitan tenaga listrik.

3. Unit pembangkitan tenaga listrik

Unit ini berfungsi sebagai penyedia kebutuhan listrik bagi alat – alat bangunan, jalan raya, dan lain sebagainya.

4. Unit bahan bakar

Unit ini berfungsi sebagai penyedia bahan bakar bagi alat – alat, generator, boiler, dan sebagainya.

5. Unit pengolahan limbah

(73)

Sistem Pengolahan Air

Air adalah suatu zat yang banyak terdapat dialam bebas. Sesuai dengan tempat sumber air tersebut berasal, air mempunyai fungsi yang berlainan, dengan karakteristik yang ada. Air banyak sekali diperlukan didalam kehidupan, baik secara langsung maupun tidak langsung.

Didalam pabrik ini dibedakan menjadi 2 bagian utama dalam sistem pengolahan air. Bagian pertama adalah unit pengolahan air sebagai unit penyedia kebutuhan air dan unit pengolahan air buangan sebagai pengolahan air buangan pabrik sebelum dibuang kebadan penerima air.

Dalam pabrik ini sebagian besar air dimanfaatkan sebagai air proses dan sebagai media perpindahan energi. Untuk melaksanakan fungsi tersebut, air harus mengalami pengolahan terlebih dahulu sehingga pabrik dapat berfungsi dengan handal, aman, dan efisien.

Secara umum fungsi air di pabrik ini terbagi dalam beberapa sistem pemakaian, masing – masing mempunyai persyaratan kualitas yang berbeda sesuai dengan fungsi dan kegunaannya. Sistem pemakaian tersebut antara lain adalah :

(74)

VIII.1 Unit Penyediaan Steam

Unit penyediaan steam berfungsi untuk menyediakan kebutuhan steam, yang digunakan sebagai media pemanas pada proses pabrik ini.

Tabel VIII.1.1 Kebutuhan Steam

Jumlah steam yang dibutuhkan pada proses ini adalah :

No. Nama Peralatan Steam (kg / jam)

Total kebutuhan steam =637.5268 kg / jam = 1405.4915 lb/jam

Untuk faktor keamanan dari kebocoran – kebocoran yang terjadi, maka direncanakan steam yang dihasilkan 20% dari kebutuhan steam total :

= 1,2 x kebutuhan normal (1405.4915) = 1686.5899 lb/jam

Menghitung Kebutuhan Bahan Bakar :

(Severn, W.H, hal.142)

Dimana :

(75)

eb = effisiensi boiler 85 – 92% ditetapkan eb = 92% (Severn, W.H, hal.143) F = nilai kalor bahan bakar,Btu/lb

hv = 375.2 Btu/lb (Steam Table)

hf = 1202 Btu/lb (SteamTable) Mc cabe app 7 eb = 90% (diambil effisiensi maksimum) F = nilai kalor bahan bakar

Digunakan petroleum fuels oil 33oAPI (0,22% sulfur) (Perry eds 7, T.27-6) Dari Perry ed 7, fig.27-3, didapat : relative density, ρ = 0,86 gr/cc

Heating Value = 137273 Btu/gal

ρ= 0,86 gr/cc = 54 lb/cuft = 7,2 lb/gal

maka heating value bahan bakar =

(Severn, W.H, hal.142)

(76)

Penentuan Boiler Horse Power :

Untuk penentuan Boiler Horse Power, digunakan persamaan :

Dimana :

Angka – angka 970,3 dan 34,5 adalah suatu penyesuaian pada penguapan 34,5 lbair/jam dari air pada 212oF menjadi uap kering pada 212oF pada tekanan 1 atm, untuk kondisi demikian diperlukan entalpy penguapan 970,3 Btu/lb.

Penentuan heating surface boiler :

Untuk 1 hp boiler dibutuhkan 10 ft2 heating surface. (Severn,W.H, hal. 140) Total heating surface = 10 x = 10.5 ft2

Kebutuhan air untuk pembuatan steam :

Air yang dibutuhkan diambil 20% berlebih dari jumlah steam yang dibutuhkan untuk faktor keamanan.

Produksi steam = lb/jam

Kebutuhan air = 1,2 x lb/jam = 1686.5898 lb/jam = 40478.1552 lb/hari.

(77)

Air kondensat dari hasil pemanasan direcycle kembali ke boiler. Dianggap kehilangan air kondensat 20%, maka air yang ditambahkan sebagai make up water adalah = 0,2 x 18.311 = 3.6 m3/hari.

Spesifikasi :

Nama alat : Boiler

Type : Fire tube boiler (tekanan < 10 atm) Heating surface : 401.457 ft2

Kapasitas boiler : kiloBtu/jam

Rate steam : lb/jam

Effisiensi : 90%

(78)

VIII.2. Unit Penyediaan Air

Air di dalam pabrik memegang peranan penting dan harus memenuhi persyaratan tertentu yang disesuaikan dengan masing – masing keperluan di dalam pabrik. Penyediaan air untuk pabrik ini direncanakan dari air sungai.

Air sungai sebelum masuk ke dalam bak penampung, dilakukan penyaringan lebih dahulu dengan maksud untuk menghilangkan kotoran – kotoran yang bersifat makro dengan jalan memasang sekat – sekat kayu agar kotoran – kotoran tersebut terhalang dan tidak ikut masuk ke dalam tangki penampung (reservoir). Dari tangki penampung kemudian dilakukan pengolahan (dalam unit water treatment). Untuk menghemat pemakaian air maka diadakan sirkulasi.

Air dalam pabrik ini dipakai untuk : 1. Air sanitasi.

(79)

VIII.2.1. Air Sanitasi

Air sanitasi untuk keperluan minum, masak, cuci, mandi, dan sebagainya. Berdasarkan S.K Gubernur Jatim No.413/1987, baku mutu air baku harian :

Parameter Satuan S.K Gubernur

Suhu oC Suhu air normal (25 - 30oC)

Kekeruhan Skala NTU

Warna Unit Pt-Co

SS Ppm

pH 6 - 8,5

Alkalinitas ppm CaCO3

CO2 bebas ppm CO2

DO ppm O2 > = 4

Nitrit ppm NO2 Nihil

Ammonia ppm NH3-N 0,5

Tembaga ppm Cu 1

Fosfat ppm PO4

Sulfida ppm H2S Nihil

Besi ppm Fe 5

Krom heksafalen ppm Cr 0,05

(80)

COD ppm O2 10

Detergen ppm MBAS 0,5

Kebutuhan air sanitasi untuk pabrik ini adalah untuk :

- Karyawan, asumsi kebutuhan air untuk karyawan= 10 m3/hari

- Keperluan Laboratorium = 8 m3/hari

- Untuk menyiram kebun dan kebersihan pabrik = 4 m3/hari - Cadangan/lain – lainnya = 5 m3/hari Total kebutuhan air sanitasi = 27 m3/hari

VIII.2.2. Air Umpan Boiler

Air ini dipergunakan untuk menghasilkan steam didalam boiler. Air umpan boiler harus memenuhi persyaratan yang sangat ketat, karena kelangsungan operasi boiler sangat bergantung pada kondisi air umpannya.

Beberapa persyaratan yang harus dipenuhi antara lain :

1. Bebas dari zat penyebab korosi, seperti asam, gas – gas terlarut.

2. Bebas dari zat penyebab kerak yang disebabkan oleh kesadahan yang tinggi, yang biasanya berupa garam – garam karbonat dan silika.

3. Bebas dari zat penyebab timbulnya buih (busa) seperti zat – zat organik, anorganik, dan minyak.

4. Kandungan logam dan impuritis seminimal mungkin.

(81)

Kebutuhan umpan boiler : 146.8649 kg / jam

Ρ air pda suhu 60.8225 °C = 62.376 lb/ft³ = 999.1388 kg /m³

Rate volume boiler = 146.8649/ 999.1388 * 24 = 3.5277 m³ / hari

VIII.2.3 Air Pendingin

Untuk kelancaran dan effisiensi kerja dari air pendingin, maka perlu diperhatikan persyaratan untuk air pendingin dan air umpan boiler : (Lamb : 302)

Karakteristik

Kadar maximum (ppm) Air Boiler Air pendingin

Silica 0,7 50

Aluminium 0,01 -

Iron 0,05 -

Mangan 0,01 -

Calcium - 200

Sulfate - 680

Chlorida - 600

Dissolved Solid 200 1000

Suspended Solid 0,5 5000

(82)

Untuk menghemat air, maka air pendingin yang telah digunakan didinginkan kembali kedalam cooling tower, sehingga perlu disirkulasi air pendingin, maka disediakan pengganti sebanyak 20% kebutuhan. Kebutuhan air pendingin :

Tabel VIII.2.3 Kebutuhan Air Pendingin

Kebutuhan air pendingin total = 114142.2193 kg/jam

Ρ air pda suhu 60.8225 °C = 62.376 lb/ft³ = 999.1388 kg /m³

Rate volume air pendingin = 114142.2193 / 999.1388 * 24 = 2741.7744 m³ / hari

VIII.2.4. Air Proses

Pabrik normal butanol tidak memerlukan air proses pada proses produksi.

air yang disuplaywater treatment = total kebutuhan air air sanitasi + air pendingin + air umpan boiler

27 + 2741.7744 + 3.5277 = 2772.3021 m³ / hari

Untuk factor keamanan, maka air yang disediakan = 1.1 x kebutuhan normal = 1.1 x 2772.3021 = 3049.5323 m³ / hari

(83)

1. Bak Penampung Air sungai (A-210)

Fungsi : menampung air sungai sebelm diproses menjadi air bersih. Bak berbentuk persegi panjang terbuat dari beton.

Rate volumetrik = 127.0638 m3/hari Ditentukan : waktu tinggal = 3 jam

Tinggi = x m

Panjang = lebar = 2 x m

Volume bak penampung (direncanakan 80% terisi air) = 127.0638 * 3 /80% = 476.4894 m3 Volume penampung = 4x3 = 476.4894

Sehingga, x = 4.92 m

Panjang = lebar = 2 x 4.92 = 9.84 m

Spesifikasi :

Fungsi : menampung air Kapasitas : 476.4894 m3 Bentuk : persegi panjang Ukuran : panjang = 9.84 m

(84)

2. Bak Koagulasi dan Flokulasi ( A-220) dan (A-230)

Fungsi : tempat terjadinya koagulasi dengan penambahan Al2(SO4)3 untuk destabilisasi kotoran dalam air yang tak dikehendaki. Bak berbentuk silinder yang terbuat dari beton yang dilengkapi pengaduk.

Perhitungan :

Rate volumetrik : 127.0638 m3/ jam Waktu tinggal : 1 jam

Volume air dalam bak = 127.0638 * 60 / 60 = 127.0638 m³

Dirancang bak berisi 80% air, maka volume air = 127.0638 /0,8 = 158.8297 m3 Jumlah bak yang digunakan : 1 buah

Sehingga volume bak = 158.8297 m3

Digunakan bak berbentuk lingkaran dengan tinggi bak = 2 D Volume bak = luas alas x tinggi

158.8297 = ¼ π D2 x 2 D 158.8297 = 2.355 D3

D³ = 67.4436 D = 4.0704 m H = 12.211 m

(85)

Dalam bak koagulator dilengkapi pengaduk berkecepatan = 20 rpm (0,333 rps) Dirancang pengaduk tipe flat blade turbin dengan 6 blade

Diameter impeler, Da = 1/4 x diameter bak = 4.0704/4 = 1.0176 m = 3.3385 ft

Perhitungan power pengadukan :

Dari Geankoplis figure 3.4-4, diketahui nilai Np pada Nre = adalah Np = 6

Daya yang diperlukan untuk motor pengaduk :

(86)

Spesifikasi :

Fungsi : tempat terjadinya koagulasi. Kapasitas : 158.8297 m3

Jumlah : 1 buah Bentuk : silinder

Ukuran bak : diameter = 4.0704 m Tinggi = 12.211 m Motor penggerak : 10 hp

Bahan : beton bertulang

3. Clarifier (A-240)

Fungsi : tempat pemisahan antara flok / padatan dengan air bersih Waktu tinggal : 2 jam

Rate volumetrik : 127.0638 m3/jam

Volume air : 2 x 127.0638 m3 = 254.1276 m3

Dirancang bak berisi 80% air, maka volume air = 254.1276 / 0,8 = 317.6595 m3 Kecepatan over flow = 1,2 m3/m2.jam ( Perry eds 6, hal 19-8)

Luas penampang

Diameter = m

(87)

Spesifikasi :

Fungsi : memisahkan air yang terikat oleh koagulan dan flokulan. Bentuk : silinder dengan bentuk bawah mendekati datar

Diameter : m

Tinggi : m

Bahan : carbon steel Jumlah : 1 buah

4. Bak Air Jernih (A-250)

Fungsi : menampung air dari bak pengendap Bak berbentuk persegi panjang terbuat dari beton. Rate volumetrik = 127.0638 m3/jam

Ditentukan : waktu tinggal = 2 jam Tinggi = x m Panjang = lebar = 2 x m

Volume bak penampung (direncanakan 80% terisi air) = (127.0638 x 2 )/0,8 = 317.6595 m3

Volume penampung =

(88)

Spesifikasi :

Kapasitas : 317.6595 m3 Bentuk : persegi panjang Ukuran : panjang = 8.5966 m

Lebar = 8.5966 m Tinggi = 4.2983 m Bahan konstruksi : beton

Jumlah : 1 buah

5. Sand Filter (H-250)

Fungsi : menyaring air dari bak penampung air jernih. Rate volumetrik = 127.0638 m3/jam

Rate filtrasi = 12 gpm/ft2 (Perry ed 6 hal 19-85) Luas penampang bed = 127.0638 x 1000 / 3.7854 x 60

= 559.4468 ft2

Diameter bed

Tinggi lapisan dalam kolom, diasumsikan :

Lapisan graveler = 0,3 m ( Sugiharto : 121 ) Lapisan pasir = 0,7 m ( Sugiharto : 121 ) Tinggi air = 3 m ( Sugiharto : 121 ) Tinggi lapisan = 4 m

(89)

Tinggi total lapisan = tinggi bed + tinggi fluidisasi + tinggi bagian atas untuk pipa + tinggi bagian bawah untuk pipa

= 4 + 1 + 0,03 + 0,03 = 5,06 m

Spesifikasi :

Fungsi : menyaring air dari bak penampung air jernih. Kapasitas : 127.0638 m3/jam

Bentuk : bejana tegak

Diameter : m

Tinggi : 5,06 m

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283 Grade P Jumlah : 2 buah

6. Bak Penampung Air Bersih (A-252)

Fungsi : menampung air dari sand filter. Bak berbentuk persegi panjang terbuat dari beton. Rate volumetrik : 127.0638 m3/hari

(90)

= 635.319 m3 Volume penampung :

4x3 = 635.319 x = 5.415 m jadi tingginya = 5.415 m

panjang = lebar = 2 x 5.415 = 10.831 m

Spesifikasi :

Fungsi : menampung air

Kapasitas : 635.319 m3

Bentuk : persegi panjang

Ukuran : panjang : 10.831 m Lebar : 10.831 m Tinggi : 5.415 m Bahan konstruksi : beton

(91)

7. Bak Penampung Air Sanitasi (A-260)

Fungsi : menampung air dari bak air bersih untuk keperluan sanitasi dan tempat menambahkan desinfektan (chlorine).

Bak berbentuk persegi panjang terbuat dari beton. Rate volumetrik : 27 m3/hari = 1.125 m3/jam Ditentukan : waktu tinggal : 24 jam

Tinggi : x m Panjang = lebar : 2 x m

Volume bak penampung (direncanakan 80% terisi air) = (1.125 x 24)/0,8 ` = 33.75 m3

Volume penampung :

4x3 = 33.75 x = 2.0358 m jadi tingginya = 2.0358 m

(92)

Spesifikasi :

Fungsi : menampung air untuk keperluan sanitasi Kapasitas : 33.75 m3

Bentuk : persegi panjang Ukuran : panjang : 4.0716 m

Lebar : 4.0716 m Tinggi : 2.0358 m Bahan konstruksi : beton

Jumlah : 1 buah

8. Tangki Kation Exchanger (A-272A)

Fungsi : mengurangi kesadahan air yang disebabkan oleh garam – garam Ca kandungan CaCO3 dari water tratment masih sekitar 5 grain/gallon (Kirk.Othmer, vol 11 : 887). Kandungan ini sedianya dihilangkan dengan resin zeolith bentuk granular, agar sesuai dengan syarat air boiler.

Kandungan CaCO3 : 5 grain/gal = 0,325 gr/gal (1 grain = 0,000065 kg) Jumlah air yang diproses = 52 m3 = 13738,4 gallon

Jumlah CaCO3 dalam air = 0,325 gr/gal x 13738,4 gallon = 4464,98 gr Dipilih bahan pelunak :

(93)

berat ekuivalen = BM/electron

Untuk CaCO3, 1 mol Ca melepas 2 electron : Ca2+, sehingga elektron =2 BM CaCO3 = 100

Berat ekuivalen = 100/2 = 50 gr/ek

Berat zeolit = ek x berat ekuivalen = 1,4 ek x 50 gr/ek = 70 gr Kapasitas zeolit = 70 gr/kg

Jumlah CaCO3 = 4464,98 gr = 4,465 kg

Cara kerja :

Air dilewatkan pada kation exchanger yang berisi resin sehingga ion positif tertukar dengan resin.

Kebutuhan zeolit = 70 gr/kg x 4,465 kg = 313 gr = 0,3 kg

ρ zeolit = 0,95 kg/lt (Perry ed 6 ; T.16-4)

Volume zeolit = 0,3 kg/0,95 kg/lt = 0,32 lt = 0,00032 m3 Volume total = 25 + 0,00032 = 25,00032 m3

Rate volumetrik = 25,00032 m3/hari = 1.041 m3/jam Air mengisi 80% volume tangki, maka volume tangki :

= 1.041/0,8 = 1.3021 m3

Tangki kation berbentuk silinder dengan dimensi ratio H/D = 2 Volume = ¼ .π. D2 . 2 D

(94)

Bahan konstruksi = Stainless Steel plate type 316 Jumlah = 1 buah

Regenerasi zeolit :

Regenerasi zeolit dilakukan dengan larutan HCl 33% (Standart Procedure Operation, SPO paiton)

R – H + MX R – M + HX R – H = resin kation

MX = mineral yang terkandung dalam air R – M = resin yang mengikat mineral kation

HX = asam mineral yang terbentuk setelah air melewati resin kation. Contoh mineral kation (M+) = Ca2+, Mg2+, dsb

Contoh rumus mineral (MX) = CaSO4, CaO3, MgCO3 Contoh asam mineral (HX) = HCl, H2SO4, H2CO3, dsb

Regenerasi dilakukan 4 kali dalam setahun, kebutuhan HCl 33% tiap regenerasi = 1,92 ton / regenerasi (Condensate Polishing Plant : PJB II – Paiton)

Maka kebutuhan HCl 33% = 4 x 1,92 ton = 7,68 ton/tahun = 7680 kg/tahun

Dengan ρ HCl = 1,1509 kg/lt (Perry ed 7 ; T.2-57), maka volume HCl yang

dibutuhkan selama 1 tahun adalah = 7680 kg/ 1,1509 kg/lt = 6673 ltr HCl mengisi 80% tangki, maka volume tangki :

(95)

Volume tangki = V = ¼ .π. D2 . 1,5 D 8,4 = 1,2 D3 D = 2 m

H = 1,5 x 2 = 3 m

9. Tangki Anion Exchanger (A-272B)

Fungsi : mengurangi kesadahan air yang disebabkan oleh garam – garam Ca kandungan CaCO3 dari water tratment masih sekitar 5 grain/gallon (Kirk.Othmer, vol 11 : 887). Kandungan ini sedianya dihilangkan dengan resin AminoPolyStyrene (APS) bentuk butiran, agar sesuai dengan syarat air boiler.

Kandungan CaCO3 : 5 grain/gal = 0,325 gr/gal (1 grain = 0,000065 kg) Jumlah air yang diproses = 52 m3 = 13738,4 gallon

Jumlah CaCO3 dalam air = 0,325 gr/gal x 13738,4 gallon = 4464,98 gr Dipilih bahan pelunak : AminoPolyStyrene (APS) jenis homogeneous APS dengan exchanger Capacity = 5,5 ek/kg CaCO3 (Perry ed 6 ; T.16-4) AminoPolyStyrene (APS) diharapkan mampu menukar semua ion CO3 2-ek (2-ekuivalen) = gram/berat ekuivalen

berat ekuivalen = BM/electron

(96)

Berat APS = ek x berat ekuivalen = 5,5 ek x 50 gr/ek = 275 gr

Kapasitas APS = 275 gr/kg

Jumlah CaCO3 = 4464,98 gr = 4,465 kg

Cara kerja :

Air dilewatkan pada anion exchanger yang berisi resin sehingga ion negatif tertukar dengan resin.

Kebutuhan APS = 275 gr/kg x 4,465 kg = 1228 gr = 1,228 kg

ρ APS = 0,67 kg/lt (Perry ed 6 ; T.16-4)

Volume zeolit = 1,228 kg/0,67 kg/lt = 1,8 lt = 0,0018 m3 Volume total = 25 + 0,0018 = 52,0018 m3 Rate volumetrik = 25,0018 m3/hari = 1.041 m3/jam Air mengisi 80% volume tangki, maka volume tangki :

= 1.041/0,8 = 1.3012 m3

Tangki kation berbentuk silinder dengan dimensi ratio H/D = 2 Volume = ¼ .π. D2 . 2 D

1.3012 = 1,57 D3

D = 0.82 m

H = 2 x 0.82 = 1.65 m

(97)

Regenerasi AminoPolyStyrene (APS) :

Regenerasi APS dilakukan dengan larutan NaOH 40% (Standart Procedure Operation, SPO paiton)

R – OH + HX R – X + H2O R – OH = resin anion

HX = mineral yang terkandung dalam air R – X = resin dalam kondisi mengikat anion

Regenerasi dilakukan 4 kali dalam setahun, kebutuhan NaOH 40% tiap regenerasi = 1,3 ton / regenerasi (Condensate Polishing Plant : PJB II – Paiton)

Maka kebutuhan NaOH 40% = 4 x 1,3 ton = 5,2 ton/tahun = 5200 kg/tahun

Dengan ρ NaOH 40% = 1,4232 kg/lt (Perry ed 7 ; T.2-90), maka volume NaOH yang

dibutuhkan selama 1 tahun adalah = 5200 kg/1,4232 kg/lt = 3654 ltr HCl mengisi 80% tangki, maka volume tangki :

= 3654/0,8 = 4568 ltr = 4,6 m3 Ukuran tangki = diambil H = 1,5 D

Volume tangki = V = ¼ .π. D2 . 1,5 D 4,6 = 1,2 D3 D = 1,6 m

(98)

10. Bak Penampung Umpan Boiler

Fungsi : menampung air lunak dari demineralizer (kation-anion exch) yang selanjutnya digunakan sebagai air umpan boiler.

Bak berbentuk persegi panjang terbuat dari beton. Rate volumetrik : 4 m3/hari = 0.16 m3/jam

Ditentukan : waktu tinggal : 1 jam Tinggi : x m Panjang = lebar : 2 x m

Volume bak penampung (direncanakan 80% terisi air) = 0.16 /0,8 = 0.2083 m3 Volume penampung :

4x3 = 0.2083 x = 0. 373 m jadi tingginya = 0.373 m

(99)

Spesifikasi :

Fungsi : menampung air lunak dari demineralizer (kation-anion exch) yang selanjutnya digunkan sebagai air umpan boiler.

Kapasitas : 0.2083 m3 Bentuk : persegi panjang Ukuran : panjang : 0.746 m

Jumlah : 1 buah

11.Bak Penampung Air Pendingin

Fungsi : menampung air pendingin

Bak berbentuk persegi panjang terbuat dari beton. Rate volumetrik : 2741.7744 m3/hari = 114.2406 m3/jam Ditentukan : waktu tinggal : 1 jam

Tinggi : x m

Panjang = lebar : 2 x m

Volume bak penampung (direncanakan 80% terisi air) = 114.2406 /0,8 = 142.8007 m3 Volume penampung :

(100)

jadi tingginya = 3.292 m

panjang = lebar = 2 x 3.292 = 6.5854 m

Spesifikasi :

Fungsi : menampung air pendingin Kapasitas : 142.8007 m3

Bentuk : persegi panjang Ukuran : panjang : 6.5854 m

(101)

VIII.3.2 Perhitungan Pompa – Pompa 1. Pompa Air Sungai

Fungsi : untuk mengalirkan air sungai menuju ke A-210 Type : Centrifugal pump

Dasar pemilihan : untuk viscositas rendah, bahan tidak mengandung solid

Perhitungan :

ρ air = 62,43 lb/cuft

Bahan masuk = 127.0638 m³ / jam

58.352 kg/jam = 35.7343 lb/s

Rate volumetrik =

Asumsi aliran turbulen :

Diameter optimum = (Petters Timmerhaus ed 4, pers. 12.15)

Diameter optimum = in

Dipilih pipa 5 in, sech 40 (Foust, App.C6a)

z _P

2

v2

P1

v1

(102)

A = ¼ π ID2 = ¼ . 3,14 . 0,4205 ² = 0,1388 ft2

Kecepatan aliran = =

μ = 0,00068 lb/ft.s (berdasarkan sg bahan)

Nre = > 2100 (asumsi turbulen benar)

Dipilih pipa Commercial stell (ε = 0,00015)

ε/D = 0,00035 (foust app C-1)

f = 0,018

Digunakan persamaan Bernoulli :

Persamaan friksi berdasarkan Petters Timmerhaous ed 4 tabel 1, hal 490 Taksiran panjang pipa = 50 ft

Panjang ekuivalen, Le (Petters Timmerhaus ed 4, tabel ; 12-1) - 4 elbow 900 = 4 x 32 x 0,4205 = 53.824 ft

- 1 globe valve = 1 x 300 x 0,4205 = 126.15 ft - 1 gate valve = 1 x 7 x 0,4205 = 2.9435 ft

Panjang total pipa = 232.9175 ft

Friksi yang terjadi :

1. Friksi karena gesekan bahan dalam pipa :

F1 =

2. Friksi karena konstraksi dari tangki ke pipa :

K = 0,4, A tangki >>>> A pipa (Petters Timmerhaus ed 4. 490)

α = 1 aliran turbulen (Petters Timmerhaus ed 4. 490)

(103)

F2 =

3. Friksi karena enlargement (ekspansi) dari pipa ke tangki

F3 =

∑F = F1 + F2 + F3 = 10.8970 ft.lbf/lbm

P1 = 1 atm = 2116,8 lbf/ft2 (1 atm = 14,7 x 144 lbf/ft2) P2 = 1 atm = 2116,8 lbf/ft2 (1 atm = 14,7 x 144 lbf/ft2)

∆P = P2 – P1 = 0 lbf/ft2 ;

Asumsi ∆Z = 30 ft.lbf/lbm

persamaan Bernoulli :

-Wf = 0 + 30 + + 10.8970 = 41.1609 ft.lbf/lbm Sg campuran (Himmelblau : berdasarkan sg bahan) = 1

hp =

effisiensi pompa = 10% ; Petters Timmerhaus ed 4; fig 12.-17

Bhp =

Effisiensi motor = 80% ; Petters Timmerhaus ed 4; fig 12.-18

(104)

Spesifikasi :

Type : Centrifugal pump Bahan : Commercial Steel Kapasitas : 35.7343 lb/s Dynamic head : 41.1609 ft.lbf/lbm Effisiensi motor : 80%

Power : hp

Jumlah : 1 buah

2. Pompa Sand Filter

Fungsi : mengalirkan air dari bak penampung air jernih ke sand filter Type : Centrifugal pump

z1

z2 z

P1

v1

P2

(105)

Perhitungan :

Bahan masuk = 35.7343 lb/s

Rate volumetrik =

Dipilih pipa 5 in, sech 40 (Foust, App.C6a) OD = 5.563 in

ID = 5.047 in = 0,4205 ft

A = ¼ π ID2 = ¼ . 3,14 . 0,4205 2 = 0,1388 ft2

μ = 0,00068 lb/ft.s (berdasarkan sg bahan)

Nre = > 2100 (asumsi turbulen benar)

Dipilih pipa Commercial stell (ε = 0,00015)

ε/D = 0,00035

f = 0,018

Digunakan persamaan Bernoulli :

(106)

- 3 elbow 900 = 3 x 32 x 0,4205 = 53.824 ft - 1 globe valve = 1 x 300 x 0,4205 = 126.15 ft - 1 gate valve = 1 x 7 x 0,4205 = 2.9435 ft

Panjang total pipa = 232.9175 ft

Friksi yang terjadi :

4. Friksi karena gesekan bahan dalam pipa :

F1 =

5. Friksi karena konstraksi dari tangki ke pipa :

K = 0,4, A tangki >>>> A pipa (Petters Timmerhaus ed 4. 490)

α = 1 aliran turbulen (Petters Timmerhaus ed 4. 490)

F2 =

6. Friksi karena enlargement (ekspansi) dari pipa ke tangki

F3 =

∑F = F1 + F2 + F3 = 10.8970 ft.lbf/lbm

P1 = 1 atm = 2116,8 lbf/ft2 (1 atm = 14,7 x 144 lbf/ft2) P2 = 1 atm = 2116,8 lbf/ft2 (1 atm = 14,7 x 144 lbf/ft2)

∆P = P2 – P1 = 0 lbf/ft2 ;

(107)

Asumsi ∆Z = 30 ft.lbf/lbm

persamaan Bernoulli :

-Wf = 0 + 30 + + 10.8970 = 41.1609 ft.lbf/lbm Sg campuran (Himmelblau : berdasarkan sg bahan) = 1

hp =

effisiensi pompa = 10% ; Petters Timmerhaus ed 4; fig 12.-17

Bhp =

Effisiensi motor = 80% ; Petters Timmerhaus ed 4; fig 12.-18

Power motor =

Spesifikasi :

Type : Centrifugal pump Bahan : Commercial Steel Kapasitas : 35.7343 lb/s Dynamic head : 41.1609 ft.lbf/lbm Effisiensi motor : 80%

Power : hp

(108)

3. Pompa Bak Penampung Air Sanitasi

Fungsi : mengalirkan air dari bak air bersih ke bak penampung air sanitasi Type : Centrifugal pump

Perhitungan :

Bahan masuk = 35.7343 lb/s

Rate volumetrik =

Dipilih pipa 5 in, sech 40 (Foust, App.C6a) OD = 5.563 in

ID = 5.047 in = 0,4205 ft

A = ¼ π ID2 = ¼ . 3,14 . 0,4205 2 = 0,1388 ft2

μ = 0,00068 lb/ft.s (berdasarkan sg bahan) z1

z2

P1

v1