PRARANCANGAN PABRIK FORMALDEHID DARI METANOL DAN UDARA PROSES METAL OXIDE KAPASITAS 15.000 TON.TAHUN

(1)

commit to user

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK

FORMALDEHID

DARI

METANOL

DAN UDARA PROSES

METAL OXIDE

KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN

Disusun Oleh :

Eko Heriyanto

I0504025

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

commit to user

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK FORMALDEHID DARI METANOL DAN

UDARA PROSES METAL OXIDE KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN

Oleh :

Eko Heriyanto

I0504025

Disetujui :

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Fadilah, ST. MT. Ir. Paryanto, M.S.

NIP. 19720812 200003 2 001 NIP. 19580425 198601 1 001

Dipertahankan di depan tim penguji :

1. Dr. Eng. Agus Purwanto 1...

NIP. 19750411 199903 1 001

2. Ir. Muljadi, M.Si. 2...

NIP. 19461024 198503 1 001

Disahkan

Ketua Jurusan Teknik

Kimia

(3)

commit to user

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

K up ersem bahk an k ary a ini k epad a :

♥ Ibu d an bap ak tersay an g

♥ Istri dan an ak ku y an g selalu m en em aniku

♥ A dik-ad ik ku y ang tercin ta

(4)

commit to user

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan

rahmat dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan

laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Formaldehid dari Metanol

dan Udara Proses Metal Oxide Kapasitas 15.000 Ton/tahun.”

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas bantuan

dan bimbingan selama penelitian hingga terselesainya penulisan laporan ini

kepada:

1. Ir. Arif Jumari, M.Sc selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia UNS dan

Pembimbing Akademik.

2. Fadilah, ST.MT selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Paryanto, MS selaku

Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas

akhir.

3. Dr. Eng Agus Purwanto dan Ir.Muljadi, M.Si selaku Dosen Penguji dalam

ujian pendadaran tugas akhir.

4. Bapak, Ibu, dan keluarga yang telah memberikan doa dan dorongan baik

secara moral maupun material.

5. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya.

6. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik

yang membangun. Besar harapan penulis semoga laporan tugas akhir ini dapat

bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, April 2010

(5)

commit to user

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... iii

KATA PENGANTAR ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR TABEL ... xi

INTISARI ... xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Kapasitas Rancangan ... 3

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ... 7

1.4 Tinjauan Pustaka ... 9

1.4.1 Macam-macam Proses ... 9

1.4.2 Kegunaan Produk... 11

1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ... 12

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum ... 15

BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 16

(6)

commit to user

2.1.1 Spesifikasi Produk ... 17

2.1.2 Spesifikasi bahan pembantu ... 18

2.2 Konsep Proses ... 19

2.2.1 Dasar Reaksi... 19

2.2.2 Mekanisme Reaksi ... 20

2.2.3 Tinjauan Termodinamika ... 22

2.2.4 Tinjauan Kinetika ... 23

2.2.5 Kondisi Operasi ... 23

2.2.6 Katalis ... 24

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 24

2.3.1 Diagram Alir Proses ... 24

2.3.2 Tahapan Proses... 25

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 31

2.4.1 Neraca Massa ... 31

2.4.2 Neraca Panas ... 35

2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan ... 38

2.5.1 Lay Out Pabrik ... 38

2.5.2 Lay Out Peralatan ... 41

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES 3.1Tangki Penyimpanan Metanol ... 44

3.2Tangki Penyimpanan Formldehid ... 45

3.3Tangki Penyimpanan Air penyerap ... 45

(7)

commit to user

3.5Separator ... 47

3.6Reaktor ... 48

3.7Pompa 01 ... 50

3.8Pompa 02 ... 51

3.9Pompa 03 ... 52

3.10 Heat Exchanger 01 ... 52

3.15 Absorber ... 57

3.16 Blower 01 ... 57

3.17 Blower 02 ... 58

3.18 Blower 03 ... 59

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 4.1 Unit Pendukung Proses ... 60

4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 61

4.1.2 Unit Pengadaan Pendingin Reaktor ... 73

4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan... 74

4.1.4 Unit Pengadaan Listrik ... 75

4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar... 81

4.1.6 Unit Pengolahan Limbah... 83

(8)

commit to user

4.2.1 Laboratorium Analisis Bahan Baku dan Produk ... 87

4.2.2 Laboratorium Penguji Kualitas Air ... 87

4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan... 88

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1Bentuk Perusahaan ... 89

5.2Struktur Organisasi ... 90

5.3Tugas dan Wewenang ... 95

5.3.1 Pemegang Saham ... 95

5.3.2 Dewan Komisaris ... 95

5.3.3 Dewan Direksi ... 96

5.3.4 Staf Ahli ... 97

5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ... 97

5.3.6 Kepala Bagian ... 98

5.3.7 Kepala Seksi ... 102

5.4Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 102

5.4.1 Karyawan non Shift ... 102

5.4.2 Karyawan Shift ... 103

5.5Status Karyawan dan Sistem Gaji ... 104

5.6Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ... 105

5.6.1 Penggolongan Jabatan ... 105

5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ... 106

(9)

commit to user

BAB VI ANALISA EKONOMI

6.1 Penaksiran Harga Peralatan... 111

6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 113

6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Invesment) ... 114

6.2.2 Modal Kerja (Working Capital) ... 115

6.3 Biaya Produksi Total(Total Production Cost) ... 116

6.3.1 Manufacturing Cost ... 116

6.3.2 General Expense ... 117

6.4 Keuntungan (profit) ... 118

6.5 Analisa Kelayakan ... 118

DAFTAR PUSTAKA ... xiv

(10)

commit to user

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Grafik Kebutuhan Formaldehid di Dunia ... 4

Gambar 1.2. Grafik Impor Formaldehid di Indonesia Tahun 2006-2009 .... 5

Gambar 1.3. Lokasi Pabrik Formaldehid ... 9

Gambar 2.1. Diagram Alir Proses ... 28

Gambar 2.2. Diagram alir kualitatif ... 29

Gambar 2.3. Diagram Alir Kuantitatif ... 30

Gambar 24. Tata Letak Pabrik ... 40

Gambar 2.5. Tata Letak Peralatan Proses ... 43

Gambar 4.1. Skema Pengolahan Air Laut ... 64

Gambar 4.2. Skema Pengolahan Air Proses ... 68

Gambar 4.3. Skema Pengolahan Air Konsumsi dan Sanitasi ... 72

Gambar 4.4. Skema Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) ... 84

Gambar 5.1. Sruktur Organisasi Pabrik Formaldehid ... 94

(11)

commit to user

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Data Kebutuhan Formaldehid di Dunia ... 4

Tabel 1.2. Data Impor Formaldehid di Indonesia ... 5

Tabel 1.3. Daftar Pabrik Formaldehid di Indonesia... 6

Tabel 1.4. Proses Pembuatan Formaldehid ... 11

Tabel 1.5. Kelebihan dan Kekurangan Proses Silver Catalyst ... 11

Tabel 1.6. Kelebihan dan Kekurangan Proses Metal Oxide Catalyst ... 11

Tabel 1.7. Sifat-sifat Fisika Udara ... 13

Tabel 2.1. Neraca Massa Over all ... 31

Tabel 2.2. Neraca Massa Vaporizer (V-01) ... 32

Tabel 2.3. Neraca Massa Separator (S-01) ... 32

Tabel 2.4. Neraca Massa Titik Percampuran 1 (Tee-01) ... 33

Tabel 2.5. Neraca Massa Titik Percampuran 1 (Tee-02) ... 33

Tabel 2.6. Neraca Massa Reaktor (R-01) ... 34

Tabel 2.7. Neraca Massa Absorber (A-01) ... 34

Tabel 2.8. Neraca Panas Reaktor (R-01) ... 35

Tabel 2.9. Neraca Panas Absorber (A-01) ... 35

Tabel 2.10. Neraca Panas Vaporizer (V-01) ... 36

Tabel 2.11. Neraca Panas Separator (S-01) ... 36

Tabel 2.11. Neraca Heat Exchanger (HE-01) ... 36

(12)

commit to user

Tabel 4.1. Penggunaan Air Laut Sebagai Media Pendingin ... 62

Tabel 4.2. Jumlah Kebutuhan Air Konsumsi dan Sanitasi ... 70

Tabel 4.3. Kebutuhan Air Tanah ... 73

Tabel 4.4. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dam Utilitas ... 76

Tabel 4.5. Penentuan Jumlah Lumen pabrik ... 78

Tabel 4.6. Total Kebutuhan Listrik Pabrik ... 80

Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kelompok Shift ... 104

Tabel 5.2. Jumlah Karyawan Menurut Jabatan ... 106

Tabel 5.3. Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ... 108

Tabel 6.1. Indeks Harga alat... 112

Tabel 6.2. Modal Tetap ... 114

Tabel 6.3. Modal Kerja ... 115

Tabel 6.4. Direct Manufacturing Cost ... 116

Tabel 6.5. Indirect Manufacturing Cost ... 116

Tabel 6.6. Fixed Manufacturing Cost ... 117

Tabel 6.7. General Expense ... 117

(13)

commit to user

INTISARI

Eko Heriyanto, 2011, Prarancangan Pabrik Formaldehid dari Metanol dan

Udara Proses Metal oxide kapasitas 15.000 ton/tahun, Jurusan Teknik Kimia,

Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Prarancangan pabrik formaldehid direncanakan memiliki kapasitas 15.000

ton/tahun dengan kemurnian 37% berat menggunakan proses Metal Oxide dan

katalis yang digunakan adalah iron molybdenum oxide pada suhu 300-400 0C dan

tekanan 1,3 atm yang berlokasi di Bontang-Kalimantan Timur.

Bahan baku metanol diambil dari PT. Kaltim Metanol Industri dan oksigen

diambil dari udara dilingkungan sekitar, keduanya direaksikan dalam reaktor fixed

bed multitube dengan menggunakan Dow Therm A sebagai pendingin. Gas hasil

reaksi dilewatkan absorber yang berfungsi untuk melarutkan formaldehid dengan

menggunakan air sebagai pelarutnya, proses pembuatannya memerlukan bahan

baku metanol sebanyak 759,996 kg/jam dan udara sebanyak 2595,123 kg/jam.

Unit utilitas sebagai pendukung proses menyediakan listrik, bahan bakar, pengolahan air, dan pengolahan limbah untuk kelancaran proses produksi. Air diambil dari laut dan air tanah, listrik disediakan oleh PLN dan generator. Terdapat tiga laboratorium, yaitu laboratorium analisis produk dan bahan baku, laboratorium penguji kualitas air, dan laboratorium penelitian dan pengembangan.

Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas dengan sistem organisasi garis dan staf. Sistem kerja karyawan berdasarkan pada pembagian menurut jam

kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift.

Pabrik ini beroperasi selama 330 hari dalam satu tahunnya. Hasil analisa

ekonomi terhadap prarancangan pabrik formaldehid membutuhkan modal Rp.

116.323.234.492,00 dengan Return of Investment (ROI) sebelum pajak 39,74 %

dan sesudah pajak 31,79 %. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 2,01 tahun dan

sesudah pajak 2,39 tahun. Break Even Point (BEP) adalah 50,84 % dan Shut

Down Point (SDP) adalah 34,75 %. Rate of Return (i) berdasarkan Discounted Cash Flow adalah 27,85 %. Ditinjau dari analisa ekonomi dapat disimpulkan

bahwa pabrik formaldehid proses Metal Oxide katalis iron molybdenum oxide

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Keberhasilan proses industrialisasi pada era perdagangan bebas

sekarang ini sangat ditentukan oleh adanya sumber daya alam dan sumber

daya manusia yang berkualitas. Indonesia sebagai salah satu negara yang

mempunyai sumber daya alam maupun sumber daya manusia yang

berlimpah sangat berpotensi untuk mengembangkan industri dalam negeri

terutama industri-industri yang bersifat padat modal maupun padat

teknologi dan mempunyai prospek pemasaran yang menguntungkan. Salah

satu industri yang mempunyai persyaratan diatas adalah industri

pembuatan formaldehid.

Seiring dengan penggunaan formaldehid yang terus meningkat di

dunia maka pertumbuhan pabrik formaldehid pun juga meningkat. Namun

demikian, besarnya konsumsi formaldehid tidak diimbangi dengan

pertumbuhan pabrik yang ada dimana dikatakan di www.highbeam.com

bahwa pada tahun 2000 sampai 2004 pertumbuhan pabrik formaldehid

2,3% sedangkan konsumsi formaldehid dunia sebesar 3,1% dan pada

www.sriconsulting.com dikatakan bahwa pada tahun 2003 sampai 2006

pertumbuhan pabriknya 3,9 % sedangkan konsumsi formaldehid 5,4 %.

Peningkatan kebutuhan formaldehid di dunia dibuktikan dengan naiknya

(15)

www.methanex.com permintaan metanol untuk bahan baku pembuatan

formaldehid semakin meningkat.

Negara-negara produsen formaldehid di dunia berdasarkan

kapasitas produksinya yaitu : Eropa Barat (33 %), Amerika Selatan (24%),

Jepang (7 %), Cina (5 %) dan negara lainnya (31%). Sedangkan kebutuhan

formaldehid di dunia sekitar 20 juta ton per tahun (formaldehid 37 %

berat) (www.nexant.com).

Formaldehid merupakan senyawa dari gugus aldehid yang

penggunaannya sangat luas di dunia industri. Hal ini disebabkan

formaldehid dapat bereaksi dengan hampir semua senyawa, baik senyawa

organik maupun senyawa anorganik sehingga banyak sektor industri yang

menggunakan formaldehid sebagai bahan bakunya.

Formaldehid mempunyai banyak kegunaan diantaranya pada

pembuatan produk kimia seperti, melamin formaldehid, urea formaldehid,

fenol formaldehid, dan trioxane. Selain itu, formaldehid juga digunakan

dalam pembuatan bahan kimia antara lain sintesa 1,4-butandiol, trimetilol

propana dan neophentil glikol yang digunakan dalam pembuatan produk

plastic polyuretane dan polyester, synthetic resin counting, dan synthetic

lubricating oils. Formaldehid juga digunakan secara langsung tetapi dalam

jumlah kecil, misalnya sebagai bahan pengawet makanan dalam penelitian

dan disinfektan pada ruangan rumah sakit (Kirk dan Othmer).

Mempertimbangkan kebutuhan formaldehid di dunia yang terus

(16)

formaldehid di Indonesia. Pendirian pabrik ini bertujuan untuk memenuhi

kebutuhan formaldehid dalam negeri dan meningkatkan komoditas ekspor

formaldehid sehingga menambah devisa negara. Selain itu, bedirinya

pabrik ini juga dapat mendorong berdirinya pabrik baru untuk diversifikasi

produk menjadi bahan-bahan yang mempunyai nilai ekonomis tinggi.

Formaldehid yang akan diproduksi berkadar 37% berat karena

disesuaikan dengan kebutuhan industri terutama industri perekat kayu.

Selain itu kadar formaldehid yang terdapat dipasaran nasional maupun

internasional berkadar 37% sampai 55% sehingga sesuai dengan

kebutuhan pasar.

1.2. Kapasitas Perancangan

Kapasitas produksi dari pabrik akan mempengaruhi perhitungan

teknis maupun ekonomis dalam perancangan pabrik. Semakin besar

kapasitas produksinya maka kemungkinan keuntungannya juga semakin

besar. Namun ada faktor-faktor lain yang harus dipertimbangkan dalam

penentuan kapasitas produksi, seperti kebutuhan pasar dan ketersediaan

bahan baku dan kapasitas rancangan minimum yang telah berdiri.

1.2.1. Kebutuhan Pasar

Kebutuhan formaldehid di dunia dikutib dari

www.monographs.com, www.sriconsulting.com, www.highbeam.com

(17)

Tabel 1.1. Data Kebutuhan Formaldehid di Dunia

Tahun Kebutuhan (juta ton)

2000 21,091

2003 24

2004 26,5

2006 28

y = 1.1909x - 2360.8 R2_{= 0.9674}

0 5 10 15 20 25 30

1998 2000 2002 2004 2006 2008

tahun

ju

ta

t

o

n

Gambar 1.1 Grafik Kebutuhan Formaldehid di Dunia

Berdasarkan grafik kebutuhan formaldehid di dunia di atas

diperkirakan kebutuhan formaldehid di dunia pada tahun 2015 adalah

y = 1,1909x – 2360,8

y = 1,1909(2015) – 2360,8

= 38,8635 juta ton

Jadi kebutuhan formaldehid di dunia pada tahun 2015 adalah 38,8635 juta

ton.

Sedangkan dari data statistik perdagangan luar negeri Indonesia,

(18)

Tabel 1.2. Data Impor Formaldehid Indonesia

Tahun Berat (kg)

2006 19.075

2007 3.444

2008 318.051

2009 604

(Sumber: Data statistik impor,BPS 2010)

y = 25919x - 5E+07

R2_{= 0.0464}

-10000 10000 30000 50000 70000 90000 110000 130000 150000 170000 190000 210000 230000 250000 270000 290000 310000

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tahun B e ra t (K g )

Gambar 1.2. Grafik Impor Formaldehid di Indonesia Tahun 2006-2009

Dari Grafik import formaldehid diatas diperkirakan impor pada

tahun 2015 adalah

Y = 25919x – 5.107

Y = 25919.(2015) - 5.107

Y = 2.226.785 kg

(19)

1.2.2 Kapasitas Minimum Pabrik Formaldehid

Kapasitas rancangan minimum pabrik formaldehid dapat diketahui

dari data kapasitas pabrik formaldehid yang telah berdiri di Indonesia pada

Tabel 1.3.

Tabel 1.3. Daftar Pabrik Produsen Formaldehid di Indonesia

No. Nama Perusahaan Kapasitas (ton/th)

1. PT Arjuna Utama Kimia 23.000

2. PT Pamolite Adhesive Industry 36.000

3. PT Superin 36.000

4. PT Lakosta Indah 28.000

5. PT Dyno Mugi Indonesia 29.400

6. PT Batu Penggal Chemical Industry 28.000

7. PT Kurnia Kapuas Utama Glue Industry 38.000

8. PT Intan Wijaya Chemical Industry 61.500

9. PT Dofer Chemical 60.000

10. PT Sabak Indah 72.000

11. PT Duta Pertiwi Nusantara 50.000

12. PT Kayu Lapis Indonesia (Jateng) 15.000

13. PT Gelora Citra Kimia Abadi 48.000

14. PT Kayulapis Indonesia (Irja) 40.000

15. PT Duta Rendra Mulia 33.500

16. PT Binajaya Roda Karya 45.000

17. PT Perawang Perkasa Industry 48.000

18. PT Belawandeli Chemical 30.000

19. PT Putra Sumber Kimindo 45.000

20. PT Orica Resindo Mahakam 35.000

(20)

1.2.3. Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku utama formaldehid adalah metanol. Kebutuhan

metanol dapat dipenuhi dari PT. Kaltim Methanol Industri dengan

kapasitas 660.000 ton/tahun yaitu sebanyak 330.000 ton/tahun digunakan

untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri (www.datacon.co.id).

Dari ketiga hal tersebut diatas maka ditetapkan rancangan kapasitas

pabrik sebesar 15.000 ton/tahun dengan pertimbangan :

1. Dapat memenuhi kebutuhan formaldehid dalam negeri.

2. Dapat diproyeksikan untuk ekspor guna menambah devisa negara

mengingat kebutuhan formaldehid di pasar internasional terus

meningkat dari tahun ke tahun (dari www.sriconsulting.com rata-rata

peningkatan kebutuhan formaldehid sebesar 4%).

3. Kapasitas minimum pabrik yang masih berdiri sebesar 15.000

ton/tahun.

4. Bahan baku metanol yang didatangkan dari PT.Kaltim Metanol

Industri masih cukup untuk menghasilkan formaldehid dengan

kapasitas 15.000 ton/tahun

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik

Lokasi suatu pabrik akan menentukan kedudukan pabrik dalam

persaingan maupun penentuan kelangsungan produksinya. Pabrik

formaldehid ini direncanakan akan didirikan di Bontang, Kalimantan

(21)

1. Sumber Bahan Baku

Bahan baku untuk memproduksi formaldehid adalah metanol

didatangkan dari PT. Kaltim Methanol Industri.

2. Pemasaran

Produk formaldehid yang dihasilkan direncanakan untuk

memenuhi kebutuhan dalam negeri, yaitu akan digunakan sebagai

bahan baku untuk industri-industri plywood, melamin formaldehid,

tryoxane yang juga banyak terdapat di Kalimantan khususnya Bontang

dan di Jawa khususnya Cilegon.

Selain itu, produk formaldehid juga akan di ekspor yang

kebanyakan digunakan untuk amino resin (34 %), phenolic resin (13%),

polyacetal resins (9%), dan sebagian kecil digunakan untuk

paraformaldehid, hexamine, dan pentaerythritol (www.nexant.com).

3. Sumber Daya Manusia

Tersedianya tenaga kerja menurut kualifikasi tertentu merupakan

pertimbangan yang penting. Di pulau Bontang kebutuhan akan tenaga

tersebut dapat terpenuhi meskipun tidak berasal dari daerah setempat.

4. Sarana Transportasi

Di Kalimantan Timur terdapat pelabuhan yang memadai untuk

pengiriman produk maupun untuk penerimaan bahan baku.

(22)

5. Kebijakan Pemerintah

Pemerintah lebih menetapkan Bontang sebagai salah satu kawasan

industri di Indonesia yang demikian pendirian pabrik di kawasan

Bontang akan mendapatkan kemudahan dari sisi non teknis.

Berikut adalah lokasi pendirian pabrik :

Gambar 1.3 Lokasi pabrik formaldehid

1.4. Tinjauan Pustaka

1.4.1. Macam-macam Proses

Ada beberapa macam proses yang dapat digunakan untuk

membuat formaldehid. Proses-proses yang banyak digunakan antara lain :

1. Proses Silver Catalyst

Proses ini menggunakan katalis perak. Katalis ini mempunyai

umur sekitar 3 - 8 bulan. Reaksi terjadi pada tekanan atmosfer dan suhu

yang tinggi yaitu 600 - 650oC.

(23)

CH3OH(g) + ½ O2(g) → CH2O(g) + H2O(g) ∆H=-37,28kkal/mol

CH3OH(g) → CH2O (g) + H2(g) ∆H = 20,31kkal/mol

(Othmer, Vol 11, hal 493)

Pada proses ini udara yang dimurnikan direaksikan dengan metanol

dalam reaktor katalitik. Produk didinginkan dengan cepat, selanjutnya

dialirkan ke menara absorber dimana metanol, air dan formaldehid

terkondensasi di dasar menara. Untuk memurnikan produk sesuai

dengan keinginan dilakukan pemurnian dengan proses destilasi.

Konversi yang diperoleh dapat mencapai 65,1% dengan yield

keseluruhan mencapai 89,1% (Mc. Ketta, vol. 21, hal. 358).

2. Proses Metal Oxide Catalyst

Proses pembuatan formaldehid menggunakan methanol dan

katalis Iron Molybdenum Oxide. Katalis ini mempunyai umur sekitar

12 sampai 18 bulan. Proses ini beroperasi pada suhu 300 - 400 oC, dan

tekanan 1 - 1,5 atm. Reaksi yang terjadi :

CH3OH + ½ O2 →CH2O + H2O ∆H = - 37,28 kkal/mol

Methanol uap dicampur dengan udara dan gas recycle kemudian

direaksikan dengan katalis iron-molybdenum oxide dalam sebuah

reaktor fixed bed multitube. Konversi yang diperoleh bisa mencapai

(24)

Tabel 1.4Proses Pembuatan Formaldehid

Proses Suhu Operasi Konversi Katalis/bulan

Sliver catalyst 600 - 650oC 65,1% Ag/ 3-8

Metal Oxide

Catalyst

300 - 400 oC 98% Iron molibdenum oxide /

12-18

Berikut ini kelebihan dan kekurangan masing-masing proses :

1. Proses silver catalyst

Tabel 1.5 Kelebihan dan Kekurangan Proses Silver Catalyst

Kelebihan Kekurangan

1.Tekanan atmosferik

2.Konsentrasi produk lebih

bervariasi karena

menggunakan menara

distilasi

1. Suhu operasi tinggi (600-6500C)

2. Memerlukan alat distilasi

3. Umur katalis pendek (3-8 bulan)

4. Yieldnya rendah (89,1%)

5. Konversinya rendah (65,1 %)

2. Proses Metal Oxide catalyst

Tabel 1.6 Kelebihan dan Kekurangan Proses Metal Oxide catalyst

Kelebihan Kekurangan

1. Konversinya lebih tinggi (98%)

2. Suhu lebih rendah dari silver catalyst

(300-4000C)

3. Yieldnya lebih tinggi dibanding silver catalyst

(94,4 %)

4. Tekanan atmosferik

5. Umur katalis lama (12-18 bulan)

Konsentrasi produk

yang dihasilkan

kurang bervarisi

Berdasarkan perbandingan masing-masing proses di atas maka dalam

(25)

1.4.2. Kegunaan Produk

Kegunaan formaldehid dalam industri kimia yaitu :

a. Resin, formaldehid banyak digunakan untuk menghasilkan resin

bersama dengan urea, melamin, dan phenol. Resin-resin ini dipakai

dalam pembuatan particleboards, plywood, furniture dan pelapis

permukaan (coating).

b. Bahan intermediet untuk sintesis senyawa kimia lain, seperti 1,4

butanadiol, trimetilol propan, penta erythritol, hexametilen tetramin,

NTA (Nitrilo Triacetic Acid), EDTA (Ethylene Diamine Tetraacetic

Acid), dan MDI (4,4 diphenylmethane diisocyanate).

c. Penggunaan langsung formaldehid sebagai penghambat korosi,

electroplating dan finishing kaca dalam industri logam, bahan

pengawet dan desinfektan dalam dunia kedokteran dan kosmetik.

(Othmer,vol.11, hal.497)

1.4.3. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk

A.Bahan Baku

1. Metanol

Sifat fisis:

BM = 32 g/mol

Melting point (1 atm) = -97,68oC

Boiling Point (1 atm) = 64,70oC

Temperatur kritis = 512,43oK

Tekanan kritis = 79,9 atm

(26)

Viskositas (25 C) : larutan = 0,541 cp

Gas = 0,00968 cp

Data thermodinamika:

∆Gf = -36,869 kkal/mol

∆Hf = -57,130 kkal/mol (pada 25oC fasa gas)

Sifat kimia:

a. Reaksi esterifikasi terhadap metanol

CH3COOH + CH3OH → CH3COOCH3 + H2O

Asam asetat Metanol metil asetat

b. Reaksi adisi

CH3

CH3─── C══CH2 + CH3OH → CH3── C──O ── CH3

CH3 CH3

Metil t- butil eter

(Mc.Ketta, hal. 421)

2. Udara

(Campuran utama gas N2 dan O2 dengan komposisi 79% N2 dan 21% O2)

Tabel 1.7 Sifat-Sifat Fisika Udara

Sifat fisika N2 O2

Berat molekul 28 32

Wujud gas tidak berwarna gas tidak berwarna

Specific gravity 12,5 1,71

Titik lebur, oC, P = 1 atm -209,68 -218,4

Titik didih, oC P = 1 atm -195,8 -183

Suhu kritis, oK 126,2 154,6

Tekanan kritis, bar 33,9 50,6

(27)

Cp gas N2 = 7,44 – 1,324 x 10 T + 6,4 x 10 T – 2,79 x 10 T

(Ketta, 1983)

B.Produk

Formaldehid 37% Berat

Sifat fisika :

Berat molekul = 30 g/gmol

Wujud = cair

Boiling Point = 99oC

Viskositas (25oC) = 2 cP

Spesefic heat = 0,8 kal/(g.oC)

Data-data termodinamika :

∆Gf = -109,9 kJ/mol

∆Hf = -115,9 kJ/mol

(Mc.Ketta, vol.23)

Sifat kimia :

a. Reaksi dengan air

Formaldehid dengan adanya air dapat membentuk methylen glikol

H

CH2 = O + H2O → HO – C – OH

H

b. Reaksi dengan asetaldehid

Formaldehid dengan asetaldehid dalam larutah NaOH dapat

membentuk pantaerythritol dan sodium format.

(28)

c. Reaksi dengan asetilen

Asetilen akan bereaksi dengan formaldehid membentuk

2-butyne-1,4-diol. Ketika terhidrogenasi akan terbentuk 1,4-butanediol.

2CH2=O + C2H2 → HOCH2C≡C− CH2OH

HOCH2C≡C− CH2OH + 2H2 → HO(CH2)4OH

(Mc.Ketta, vol.23, hal. 357)

1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum

Proses pembuatan formaldehid dengan proses Metal Oxide

menggunakan reaktor fixed bed multitube dengan katalis Iron Molybdenum

Oxide yang dijaga pada kondisi temperatur antara 300 - 400oC dan tekanan

1,3 atm. Konversi yang didapat sebesar 98 %. Reaksi yang terjadi adalah

sebagai berikut :

CH3OH(g) + ½ O2(g) → CH2O(g) + H2O(g)

Reaksi tersebut berlangsung secara eksotermis dan suhu reaktor

dipertahankan pada suhu dimana katalis masih aktif bereaksi agar tidak

terjadi reaksi samping (www.casale.com).

Pada prarancangan pabrik formaldehid ini reaksi samping

diabaikan mengingat suhu dalam reaktor akan dipertahankan pada

temperatur dibawah 400oC. Produk hasil reaktor kemudian dimurnikan di

dalam alat absorber dari sisa metanol dan gas-gas hasil reaksi, sebelum

(29)

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku

2.1.1.1 Metanol

∗ Rumus Molekul : CH3OH

∗ Wujud : cairan

∗ Warna : jernih

∗ Bau : menyengat

∗ Titik Didih ( 1 atm ) : 64,5 oC

∗ Viskositas pada 25oC : 0,541 cp

∗ Densitas pada 25oC : 0,7928 g/cm3

∗ Komposisi :

- Metanol, min 99,85 % berat

- Air, max 0,15 % berat

(Kaltim Methanol Industri)

2.1.1.2Udara

» Wujud : gas

» Warna : tak berwarna

(30)

» Komposisi :

- Oksigen 20,946 + 0,002 % mol

- Nitrogen 78,084 + 0,004 % mol

- Argon 0,934 + 0,001 % mol

- Karbon dioksida 0,033 + 0,003 % mol

- Gas lain + 0,003 % mol

(Othmer, vol.17, 1996)

2.1.2 Spesifikasi Produk

Formaldehid (dalam bentuk formalin)

s _{Rumus Molekul} _{: CHOH}

s Berat molekul : 30 gr/gmol

s Wujud : cairan

s Warna : jernih

s Bau : menyengat

s Titik didih : 99oC

s Densitas pada 18oC : 1,11 g/cm3

s _{Viskositas pada 30}o_C _{: 2 cP}

s Panas Jenis : 0,8 kal/gr.oC

s _Komposisi _:

- Formaldehid 37 % berat

- Air 62,5 % berat

- Metanol 0,5 % berat

(31)

2.1.3 Spesifikasi Bahan Pembantu

2.1.3.1 Katalis (Iron molybdenum)

− Wujud : padat

− Warna : putih keabu-abuan mengkilap

− Bentuk : pressed ring

− Densitas : 1,8918 g kat/cm3

− Dimensi : OD 4,5 mm

ID 1,7 mm

H 4 mm

− Komposisi : MoO3 80-81 % berat

Fe2O3 14-15 % berat

Cr2O3 4-5 % berat

− Porositas bed : 0,4

− Densitas bulk : 0,8497 g kat/cm3 reaktor

(Paula, A dkk, 2005)

2.1.3.2 Air

− Rumus Molekul = H2O

− Berat Molekul = 18 g/gmol

− Viskositas pada 25oC = 1496,3 cP

− Densitas pada 25oC = 0,99987 g/cm3

(32)

2.2 Konsep Proses

2.2.1 Dasar Reaksi

Proses pembuatan formaldehid dari metanol dan udara dengan

katalis iron molybdenum berdasarkan pada reaksi oksidasi. Reaksi yang

terjadi sebagai berikut :

CH3OH (g) + ½ O2 (g) HCHO (g) + H2O (g)

Reaksi berlangsung dalam fase gas dengan katalis padat dan

bersifat eksotermis. Oleh karena itu reaktor yang dipilih adalah reaktor

fixed bed multi tube.

Reaksi dilakukan pada suhu 300-400oC dan tekanan atmosferis

dengan perbandingan mol antara metanol dengan oksigen = 1 : 2 (US. Pat

: 4,343,954). Suhu reaktor tersebut dipilih berdasarkan pertimbangan

bahwa pada suhu tersebut dihasilkan konversi yang tinggi. Reaksi bersifat

eksotermis sehingga untuk mempertahankan suhu reaktor digunakan

pendingin.

Pendingin yang digunakan adalah Dow Term A yang mengalir

melalui shell, sedangkan reaktan mengalir melalui tube berisi katalis.

Proses ini menggunakan katalis iron molybdenum, dimana katalis ini

berfungsi untuk mengarahkan dan mempercepat reaksi, juga menurunkan

(33)

2.2.2 Mekanisme Reaksi

Mekanisme yang terjadi pada reaksi pembentukan formaldehid

adalah sebagai berikut :

1) Transfer gas metanol ke permukaan katalis

2) Transfer gas metanol ke pori-pori katalis

3) Adsorpsi gas metanol oleh katalis

4) Reaksi oksidasi metanol membentuk formaldehid

5) Desorpsi formaldehid

6) Transfer formaldehid ke permukaan katalis

7) Transfer formaldehid ke fase gas

Reaksi :

A + B C + D

Mekanisme reaksi :

A + S AS (Adsorpsi metanol)

B + AS CS + D (Reaksi di permukaan katalis)

CS C + S (Desorpsi formaldehid)

Persamaan adsorpsi r_AD = _

     − A AS V A A K C .C P k ……(1)

Persamaan reaksi r = _S _

     − S D CS B AS S K .P C .P C

k ……(2)

Persamaan desorpsi r_D = k_D

(

C_CS −P_C.K_C.C_V

)

……(3)

(34)

Jika adsorpsi metanol yang mengontrol, maka r = 0 dan _S r = 0 _D

D

r = 0 CCS = PC.KC.CV ……(4)

S

r = 0 CAS =

S B D CS .K P .P C = S B D V C C .K P .P .C .K P ……(5)

Substitusi (5) ke (1)

AD

r = _

     − A S B D V C C V A A .K .K P .P .C .K P .C P

k = _

     − A S C B D C A V A .K K K . P .P P P .C k …..(6)

Ct = CV + CAS +CCS

= CV +

S B D V C C .K P .P .C .K P

+ PC.KC.CV

= CV 

     +

+ _C _C

S B

C D

C _P _.K

.K P .K .P P 1

CV =

      +

+ _C _C

S C B D C .K P K K . P .P P 1 Ct ..…(7)

Substitusi (7) ke (6)

AD

r =

C C S C B D C A S B D C A A .K P K K . P .P P 1 .K K Kc . P .P P P .Ct. k + +       − = C C A A B A D C A A .K P .K P 1 Kp 1 . .P P .P P 1 .Ct.P k + +       −

Untuk reaksi irreversible, Kp

1

= 0, sehingga

AD

r =

(35)

= .P .Y P .K .K P .P .Y K 1 .P K.Y A D A S B A A A + + = .P .Y ap .P .Y ap 1 .P K.Y A 2 A 1 A + + …..(8)

2.2.3 Tinjauan Termodinamika

Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan eksotermis atau

endotermis maka diperlukan perhitungan panas pembentukan standart

(∆Hfo) pada 1 atm dan 298oK.

Pada proses pembentukan formaldehid terjadi reaksi sebagai berikut :

∆H298 = ∆H produk – ∆H reaktan

∆H298 = (-115,9 + (-241,8)) kJ/mol – (-201,17 + 0) kJ/mol

= -156,53 kJ/mol

Karena harga ∆H298 negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

∆Gtotal = ∆Gf produk – ∆Gf reaktan

= (-109,9 + (-228,6)) kJ/mol – (-162,51 + 0) kJ/mol

= -175,99 kJ/mol

ln Kp = - RT ∆G = - 298 . 314 , 8 175990 −

Kp = 7,06887 x 1030

(36)

2.2.4 Tinjauan Kinetika

Kecepatan reaksi metanol menjadi formaldehid adalah reaksi non

elementer, dengan persamaan reaksi dapat dituliskan sebagai berikut :

r

=

.Ym.P ap .Ym.P ap 1

Kp.Ym.P

2

1 +

+ ,dalam Kmol CH3OH terkonversi/Kg kat.det

dengan : ap1 = 567,606 exp (-1125,96/T)

ap2 = 8,36863.10-5 exp (7124,14/T)

Kp = 5,37227.10-2 exp (-7055,14/T)

Dimana :

r = kecepatan reaksi

Kp = konstanta kinetika reaksi (Kmol/Kg kat.det.atm)

api = konstanta (Kgmol/Kgmol CH3OH.atm)

P = tekanan (atm)

T = temperatur (oK)

Ym = fraksi mol metanol (Kgmol CH3OH/Kgmol)

(Paula, A., dkk, 2005)

Ditinjau dari kinetika reaksi, yang mengendalikan reaksi oksidasi metanol

menjadi formaldehid adalah adsorpsi metanol pada katalis.

2.2.5 Kondisi Operasi

Kondisi operasi sangat menentukan proses dan produk reaksi.

Operasi komersial pada pembentukan formaldehid berlangsung pada

(37)

Pada prarancangan ini dipilih kondisi operasi pada suhu 300oC dan

tekanan 1,3 atm. Hal yang menjadi pertimbangan bahwa pada persamaan

kecepatan reaksi pembentukan formaldehid, jika suhu reaksi tinggi maka

kecepatan reaksi akan semakin besar sehingga konversi reaksi akan

semakin besar pula, namun reaksi oksidasi metanol menjadi formaldehid

merupakan reaksi katalitik sehingga kondisi operasi harus pada rentang

suhu dimana katalis dalam keadaan aktif. Oleh karena itu dipilih suhu

dimana kecepatan reaksi tinggi dan katalis masih dalam keadaan aktif.

2.2.6 Katalis

Katalis merupakan suatu zat yang berpengaruh terhadap kecepatan

reaksi kimia dan tidak berubah pada akhir reaksi. Suatu katalis dapat

mempercepat reaksi kimia yaitu dengan menurunkan barrier energi/energi

pengaktifan dari suatu reaksi. Katalis hanya merubah kecepatan reaksi

tapi tidak berpengaruh terhadap kesetimbangan termodinamika suatu

reaksi. Dalam reaksi katalitik heterogen biasanya katalis berupa padatan,

sedangkan reaktan dan produknya berupa gas atau liquid (Fogler, 1999).

Katalis yang biasa digunakan dalam proses pembentukan

formaldehid adalah kristal perak dan metal oksida. Pada proses ini

digunakan katalis oksida besi molybdenum karena tidak mudah

terkontaminasi dan umur katalis lama (18 bulan) (Othmer, hal 494).

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses

2.3.1 Diagram Alir Proses

(38)

a. Diagram alir proses (Gambar 2.1)

b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.2)

c. Diagram alir kuantitatif (Gambar 2.3)

2.3.2 Tahapan Proses

Proses pembuatan formaldehid dapat dibagi dalam empat tahap yaitu :

1. Tahap penyimpanan bahan baku

2. Tahap penyiapan bahan baku

3. Tahap pembentukan produk

4. Tahap pemurnian produk

2.3.2.1Tahap penyimpanan bahan baku

Bahan baku metanol cair disimpan di dalam tangki penyimpan metanol

(T-01) pada suhu lingkungan (30oC) dan tekanan atmosferis (1 atm) untuk

menjaga agar fase metanol tetap pada fase cair.

2.3.2.2Tahap penyiapan bahan baku

Penyiapan bahan baku bertujuan mencampur udara dengan off gas

absorber dan mengubah metanol dari fase cair menjadi fase gas.

a. Penyiapan udara dan off gasabsorber

Bahan baku udara dari lingkungan pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm

dilewatkan filter (FL-01), kemudian diblower dengan BL-01 untuk

menaikkan tekanannya menjadi 1,3 atm. Udara ini bersama dengan off

gas absorber (A-01) selanjutnya dilewatkan ke HE-01 untuk

(39)

b. Penyiapan metanol

Bahan baku metanol cair dari tangki penyimpan metanol (T-01)

dipompa menjadi tekanan 1,3 atm dan dialirkan menuju vaporizer

(V-01), media yang digunakan untuk memanaskan adalah Dow Term A

keluar reaktor. Uap metanol yang keluar dari V-01 selanjutnya

diumpankan ke separator 1 (S-01) untuk memisahkan cairan dengan

uapnya.

Uap metanol yang keluar dari S-01 dicampur dengan udara dan off gas

absorber keluar HE-01, kemudian dialirkan HE-02 untuk menaikkan

suhunya menjadi 300oC. Pemanas yang digunakan HE-02 adalah gas

produk reaktor. Gas campuran metanol, udara dan off gas absorber

selanjutnya diumpankan ke reaktor.

2.3.2.3Tahap pembentukan produk

Campuran metanol, udara dan off gas absorber pada suhu 300oC dan

tekanan 1,3 atm diumpankan pada reaktor fixed bed multi tube (R-01)

dengan kondisi non isothermal dan non adiabatis. Di dalam reaktor akan

terjadi reaksi oksidasi (reaksi bersifat eksotermis dan irreversible) sebagai

berikut :

Reaksi terjadi pada fase gas dengan katalis padat Fe dan Mo. Pada

temperatur 300-400oC dan tekanan + 1,3 atm metanol teroksidasi

membentuk formaldehid, dan besarnya konversi metanol dapat mencapai

(40)

Apabila suhu reaktor mencapai > 400oC atau diluar kisaran suhu yang

diijinkan (300-400oC) maka akan terbentuk reaksi samping.

CH2O(g) + ½ O2(g) → CO(g) + H2O(g) ∆H = -51 kkal/mol

(Mc. Ketta, vol. 23, hal. 361)

Oleh karena itu medium pendingin sangat berperan penting untuk

mencegah terbentuknya reaksi samping yang tidak diinginkan.

Di dalam reaktor akan terjadi kenaikan temperatur akibat dari reaksi yang

bersifat eksotermis, sehingga untuk mempertahankan suhu reaksi keluar

dari reaktor kurang dari 400oC diperlukan pendingin yang mengalir di

shell reaktor. Pendingin yang digunakan adalah Dowterm A. Setelah

digunakan sebagai media pendingin, Dowterm A digunakan sebagai

pemanas di Vaporizer dan HE-01 selanjutnya diumpankan kembali ke

dalam shell reaktor.

2.3.2.4Tahap pemurnian produk

Produk gas keluar reaktor terdiri dari CHOH, H2O, CH3OH, O2 dan N2

pada suhu 359,57oC dan tekanan 1,09 atm diblower dengan BL-02 untuk

menaikkan tekanannya menjadi 1,3 atm, selanjutnya dilewatkan ke HE-02,

dan HE-03 untuk didinginkan. Gas keluar HE-04 pada suhu 50oC

diumpankan ke absorber (A-01) yang berfungsi menyerap gas

formaldehid dengan menggunakan media penyerap air. Di dalam absorber

akan terjadi proses perpindahan massa yang akan diikuti dengan

perpindahan panas. Absorber yang digunakan berupa menara isian, dan

(41)

Produk atas absorber berupa gas, sebagian di recycle dan sebagian lagi

dibuang (purge) ke udara, sedangkan produk bawah absorber berupa

larutan CHOH, H2O, dan CH3OH dipompa menuju HE-05 untuk

menurunkan suhunya menjadi 35oC dan tekanan 1,3 atm kemudian

(42)

(43)

(44)

2.4Neraca Massa dan Neraca Panas

Produk : formaldehid 37 %

Kapasitas perancangan : 15.000 ton/tahun

Waktu operasi selama 1 tahun : 330 hari

Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam

2.4.1 Neraca Massa

Diagram alir neraca massa sistem tabel

Basis perhitungan : 1jam operasi

Satuan : kg

2.4.1.1Neraca Massa Overall

Tabel 2.1 Neraca Massa Overall

Komp

INPUT OUTPUT

Arus 1 Arus 2 Arus 7 Arus 6 Arus 9

CHOH - - - 700,758 0,704

CH3OH - 758,856 - 9,470 1,160

H2O - 1,140 761,659 1183,712 -

O2 604,689 - - - 230,576

N2 1990,43 - - - 1990,434

Total

2595,12 759,996 761,659 1893,939 2222,874

(45)

[image:45.612.134.443.153.574.2]

2.4.1.2Neraca Massa di Vaporizer

Tabel 2.2 Neraca Massa Vaporizer (V-01)

Komp

INPUT OUTPUT

Arus 2 Arus 2b Arus 2a

CH3OH 758,856 189,714 948,570

H2O 1,140 0,285 1,425

Total

759,996 189,999 949,995

949,995 949,995

2.4.1.3Neraca Massa di Separator

Tabel 2.3 Neraca Massa Separator (S-01)

Komp

INPUT OUTPUT

Arus 2a Arus 2 Arus 2b

CH3OH 948,570 758,856 189,714

H2O 1,425 1,140 0,285

Total

949,995 759,996 189,999

(46)

[image:46.612.138.450.155.705.2]

2.4.1.4Neraca Massa di Titik Pencampuran 1 (Tee-01)

Tabel 2.4 Neraca Massa Titik Pencampuran 1 (Tee-01)

Komp

INPUT OUTPUT

Arus 1 Arus 10 Arus 3

CHOH - 2,817 2,817

CH3OH - 4,640 4,640

O2 604,689 922,303 1526,992

N2 1990,434 7961,735 9952,169

Total

6055,286 8891,496 11486,618

11486,618 11486,618

2.4.1.5Neraca Massa di Titik Pencampuran 2 (Tee-02)

Tabel 2.5 Neraca Massa Titik Pencampuran 2 (Tee-02)

Komp

INPUT OUTPUT

Arus 2 Arus 3 Arus 4

CHOH - 2,817 2,814

CH3OH 758,856 4,640 763,496

H2O 1,140 - 1,140

O2 - 1526,992 1526,992

N2 - 9952,169 9952,169

Total

759,996 11486,618 12246,614

(47)

2.4.1.6Neraca Massa di Reaktor

Tabel 2.6 Neraca Massa Reaktor (R-01)

Komp

INPUT OUTPUT

Arus 4 Arus 5

CHOH 2,814 704,279

CH3OH 763,496 15,270

H2O 1,140 422,017

O2 1526,992 1152,879

N2 9952,169 9962,169

Total 12246,614 12246,614

2.4.1.7Neraca Massa di Absorber

Tabel 2.7 Neraca Massa Absorber (A-01)

Komp

INPUT OUTPUT

Arus 5 Arus 7 Arus 6 Arus 8

CHOH 704,279 - 700,758 3,521

CH3OH 15,270 - 9,470 5,800

H2O 422,017 761,659 1183,712 -

O2 1152,879 - - 1152,879

N2 9962,169 - - 9952,169

Total 12246,614 761,659 1893,939 11114,369

(48)

2.4.2 Neraca Panas

Basis perhitungan : 1jam operasi

Satuan : kJ

[image:48.612.132.488.197.603.2]

2.4.2.1Neraca Panas di Reaktor

Tabel 2.8 Neraca Panas Reaktor (R-01)

Arus INPUT OUTPUT

Q reaktan

Q produk

Q reaksi

Q yang diserap pendingin

3631979,7800

-

3659994,1374

-

4709834,3832

-

2582139,5342

Total 7291973,9174 7291973,9174

2.4.2.2Neraca Panas di Absorber

Tabel 2.9 Neraca Panas Absorber (A-01)

Arus INPUT OUTPUT

Q gas ( umpan )

Q air (solvent)

Q produk

Q gas ( top )

328953,9768

105931,8025

-

147194,,5812

287691,1981

(49)

2.4.2.3Neraca Panas di Vaporizer

Tabel 2.10 Neraca Panas Vaporizer (V-01)

Arus INPUT OUTPUT

Q heating metanol-air

Q vaporize metanol-air

Q pemanas (Dowterm A)

46032,1370 823742,9701 - - - 869775,1071

Total 869775,1071 869775,1071

[image:49.612.133.488.166.480.2]

2.4.2.4Neraca Panas di Separator

Tabel 2.11 Neraca Panas Separator (S-01)

Arus INPUT OUTPUT

Q 2a (umpan)

Q 2b (bottom)

Q 2 (produk)

32264,134 - - - 22731,530 9532,604

Total 32264,134 32264,134

2.4.2.5Neraca Panas di Heat Exchanger – 01

Tabel 2.12 Neraca Panas Heat Exchanger – 01 (HE-01)

Arus INPUT OUTPUT

Q heating udara + off gas

Q pemanas (Dow term A)

1973875,1625

-

1973875,1625

(50)

[image:50.612.133.505.149.557.2]

Arus INPUT OUTPUT

Q cooling gas

Q pemanas (gas produk reaktor)

2304824,41

-

2304824,41

Total 2304824,41 2304824,41

Arus INPUT OUTPUT

Q heating solvent

Q pemanas (gas)

63.589,3466

-

63.589,3466

Total 63.589,3466 63.589,3466

Arus INPUT OUTPUT

Q cooling produk

Q pendingin (sea water)

1844743,6575

-

1844743,6575

Total 1844743,6575 1844743,6575

Arus INPUT OUTPUT

Q cooling produk

Q pendingin (sea water)

54760,0397

-

54760,0397

(51)

2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan

2.5.1 Lay Out Pabrik

Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari

seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat

penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja

para pekerja serta keselamatan proses.

Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus

diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :

1. Pabrik formaldehid ini merupakan pabrik baru (bukan

pengembangan), sehingga penentuan lay out tidak dibatasi oleh

bangunan yang ada.

2. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa

depan.

3. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan

ledakan, maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber

api, bahan panas, dan dari bahan yang mudah meledak, juga jauh dari

asap atau gas beracun.

4. Sistim kontruksi yang direncanakan adalah out door untuk menekan

biaya bangunan dan gedung, dan juga karena iklim Indonesia

memungkinkan konstruksi secara out door.

5. Harga tanah amat tinggi sehingga diperlukan efisiensi dalam

pemakaian dan pengaturan ruangan / lahan.

(52)

Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberap bagian utama,

yaitu :

a. Daerah administrasi / perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol

Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur

kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat

pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses

serta produk yang dijual.

b. Daerah proses

Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses

berlangsung.

c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk.

Merupakan daerah untuk tangki bahan baku dan produk.

d. Daerah gudang, bengkel dan garasi.

Merupakan daerah untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan

oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.

e. Daerah utilitas

Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung

(53)

Keterangan gambar :

1. Pos keamanan 9. Musholla

2. Perkir Kendaraan 10. Klinik

3. Laboratorium 11. Utilitas

4. Ruang Kontrol 12. Bengkel & Peralatan

5. Safety 13. Area Perluasan

6. Taman 14. Area Produksi

7. Kantor 15. Area Bongkar Muat

[image:53.612.133.500.109.499.2]

8. Kantin 16. Gudang

(54)

2.5.2 Lay out peralatan

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out

peralatan proses pada pabrik formaldehid, antara lain :

1. Aliran bahan baku dan produk

Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan

keuntungan ekonomi yang besar serta menunjang kelancaran dan

keamanan produksi.

2. Aliran udara

Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses perlu diperhatikan

kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya

stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi

bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja.

3. Cahaya

Penerangan seluruh pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat

proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan

tambahan.

4. Lalu lintas manusia

Dalam perancangan lay out pabrik perlu diperhatikan agar pekerja

dapat mencapai seluruh alat proses dangan cepat dan mudah. Hal ini

bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera

diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalani tugasnya juga

(55)

5. Pertimbangan ekonomi

Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya

operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik.

6. Jarak antar alat proses

Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi

sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila

terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan

dapat dieliminir.

(Vilbrant, hal.184)

Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa

sehingga :

- Kelancaran proses produksi dapat terjamin

- Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia

- Biaya kapital handling menjadi rendah dan dapat menghemat

pengeluaran untuk kapital yang kurang penting

- Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan

(56)

(57)

commit to user

BAB III

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

3.1 TANGKI PENYIMPAN METANOL

Kode : T-01

Fungsi : Menyimpan bahan baku metanol untuk

kebutuhan selama 1 bulan.

Tipe : Silinder tegak (vertical cylinder) dengan dasar

datar (flat bottom) dan bagian atas conical.

Jumlah : 1 buah

Volume : 853,7116 m3

Kondisi penyimpanan : T = 30 °C

P = 1 atm

Bahan konstruksi : Carbon steel SA 283 grade C

Diameter : 12,1921 m

Tinggi : 7,3153 m

Tebal shell

• Course 1 : 0,0191 m

• Course 2 : 0,0175 m

• Course 3 : 0,0159 m

• Course 4 : 0,0143 m

Tebal head : 0,0143 m

(58)

commit to user

3.2 TANGKI PENYIMPAN FORMALDEHID

Kode : T-02

Fungsi : Menyimpan produk Formaldehid selama 1 Bulan

Jumlah : 1 buah

Volume : 2052,2463 m3

P = 1,3 atm

Tinggi : 7,3152 m

Tebal shell

• Course 1 : 0,0302 m

• Course 2 : 0,0286 m

• Course 3 : 0.0270 m

• Course 4 : 0,0254 m

Tinggi head : 3,1468 m

3.3 TANGKI PENYIMPAN AIR PENYERAP

Kode : T-03

(59)

commit to user

Jumlah : 1 buah

Volume : 653,3994 m3

P = 1 atm

Tinggi : 7,3153 m

Tebal shell

• Course 1 : 0,0175 m

• Course 2 : 0,0159 m

• Course 3 : 0,0143 m

• Course 4 : 0,0143 m

3.4 VAPORIZER

Kode : V-01

Fungsi : Menguapkan metanol sebelum bercampur dengan

udara dan off gas absorber.

Tipe : shell and tube horizontal vaporizer

(60)

commit to user

Beban panas : 869.775,1071 kJ/jam

Luas transfer panas : 18,7015 m2 (201,3 ft2)

Spesifikasi shell :

• Diameter dalam : 0,4382 m

• Jarak baffle : 0,2191 m

Spesifikasi tubes :

• Diameter luar : 0,0254 m

• Diameter dalam : 0,0170 m

• pitch : 0,0318 m triangular pitch

• Panjang : 1,9812 m

• Jumlah pipa : 118 buah

Pemanas : Dow Term A

Keb. Pemanas : 18.745,0058 kg/jam

Bahan : Carbon steel

3.5 SEPARATOR

Kode : S-01

Fungsi : Memisahkan campuran uap – cair dari vaporizer, 80 % uap

dan sisanya direcycle ke vaporizer.

Jumlah : 1 buah

1. Kondisi operasi

Suhu = 71,522 oC

(61)

commit to user

2. Laju alir umpan = 759,995713 kg/jam

3. Spesifikasi

• Drum/shell

- Volume = 0,4248 m3

- Diameter = 0,5639 m

- Tinggi = 1,7010 m

- Tebal shell = 0,0047 m

- Material = Carbon steel SA 283 grade C

• Head

- Tipe = Torrisperical dished head

- Tebal = 0,0047 m

- Tinggi = 0,1409 m

- Material = Carbon steel SA 283 grade C

3.6 REAKTOR

Kode : R-01

Fungsi : Sebagai tempat berlangsungnya reaksi oksidasi

metanol menjadi formaldehid dengan bantuan

katalis iron molybdenum oxide.

Tipe : Fixed bedmultitube Reaktor

Desain : 1-1 shell and tube

Jumlah : 1 buah

Kondisi operasi

• Suhu : 300 – 400 oC

(62)

commit to user

• Waktu tinggal : 0,6527309 detik

Non adiabatis dan non isotermal

Spesifikasi :

a. Katalisator

Bahan : Fe2O3MoO3Cr2O3

Bentuk : Pressed ring

Umur : 18 bulan

Diameter : 0,0035 m

Porositas : 0,4

Bulk density : 849,7 kg kat/m3 reaktor

b. Tube

Panjang tube : 3,115 m

IDT : 0,02291 m

ODT : 0,0254 m

At : 4,123.10-4 m2

Jumlah : 5453

Susunan : triangular, dengan pitch 0,0318 m

Jumlah pass : 1

Material : carbon steel SA 283 grade C

c. Shell

IDs : 2,54 m

Tebal shell : 0,0064 m

(63)

commit to user

Jumlah : 1

Jumlah pass : 1

Material :carbon steel SA 283 grade C

d. Pendingin

Bahan : Dow Term A

Suhu masuk : 290 0C

Suhu keluar : 353,05 0C

e. Head

Bentuk : Torisperical dished head

Tinggi : 0,4097 m

Tebal : 0,0095 m

Volume : 1,3875 m3

f. Reaktor

Tinggi : 3,93 m

Volume : 22,71m3

3.7 POMPA 01

Kode : P-01

Fungsi : Memompakan fresh metanol dari T-01 ke V-01

Tipe : single stage centrifugal pump

Kapasitas : 1,1645 m3/jam

Head pompa : 6,4737 m

(64)

commit to user

Kecepatan putar motor : 1750 rpm

Bahan konstruksi : carbon steel SA-283 grade C

Pipa yang digunakan

§ D nominal size : 0,0254 m

§ _Schedule : 40

§ ID pipa : 0,0266 m

§ OD pipa : 0,0334 m

3.8 POMPA 02

Kode : P-02

Fungsi : Memompakan produk bottom Absorber ke T-02

Daya pompa : 0,5 HP

Bahan konstruksi : carbon steel SA-283 grade C

Pipa yang digunakan

• D nominal size : 0,0318 m

• No. Schedule : 40

• ID : 0,0351 m

(65)

commit to user

3.9 POMPA 03

Kode : P-03

Fungsi : Memompakan Solvent(Air) dari T-03 ke

Absorber A-01

Daya pompa : 1 HP

Bahan konstruksi : carbon steel SA-283 grade C\

Pipa yang digunakan

• D nominal size : 0,0254 m

• No. Schedule : 40

• ID : 0,0266 m

• OD : 0,0334 m

3.10 HEAT EXCHANGER 01

Kode : HE-01

Fungsi : Memanaskan udara dan off gas absorber dari 47,81

o

C menjadi 129,97 oC

Tipe : Shell and tube heat exchanger

Bahan konstruksi

(66)

commit to user

• Shell : Carbon steel

Spesifikasi Tube

• OD tube : 0,0254 m

• ID tube : 0,0170 m

• BWG : 8

• Susunan : Triangular pitch, PT = 0,0318 m

• Jumlah tube : 118

• Passes : 2

• Flow area : 0,00023 m2

• Panjang tube : 1,9811 m

• Surface per 1 ft : 0,0066 m2

Spesifikasi Shell

• ID shell : 0,4382 m

• Passes : 1

3.11 HEAT EXCHANGER 02

Kode : HE-02

Fungsi : Mendinginkan gas produk reaktor dan

memanaskan suhu gas reaktor.

Bahan konstruksi

• Tube : Carbon steel SA 283 grade C

(67)

commit to user

Spesifikasi Tube

• OD tube : 0,0254 m

• ID tube : 0,0170 m

• BWG : 8

• Passes : 2

• Flow area : 0,00023 m2

• Panjang tube : 1,9811 m

• Surface per 1 ft : 0,0066 m2

Spesifikasi Shell

• ID shell : 0,6350 m

• Passes : 1

3.12 HEAT EXCHANGER 03

Kode : HE-03

Fungsi : Memanaskan solvent (Air) sebelum diumpankan ke

A-01.

Tipe : Double pipe heat exchanger

Jumlah : 1 buah

Bahan konstruksi

• Annulus : Carbon steel SA 283 grade C

(68)

commit to user

Spesifikasi annulus

• ID annulus : 0,0525 m

• Flow areaannulus : 0,0302 m2

• Panjang hairpin : 3,048 m

• Jumlah hairpin : 4

Spesifikasi inner pipe

• ID inner pipe : 0,0351 m

• OD inner pipe : 0,0422 m

• Flow area pipe : 0,00097 m2

3.13 HEAT EXCHANGER 04

Kode : HE-04

Fungsi : Mendinginkan gas produk Reaktor keluar HE-03

sebelum diumpankan ke Absorber

Bahan konstruksi

• Tube : Stainless steel SS-304

• Shell : Carbon steel SA 283 grade C

Spesifikasi Tube

• OD tube : 0,0254 m

• ID tube : 0,0170 m

(69)

commit to user

• Passes : 2

• Flow area : 0,00023 m2

• Panjang tube : 1,9811 m

• Surface per 1ft : 0,0066 m2

Spesifikasi Shell

• ID shell : 0,5906 m

• Baffle Spacing : 0,4459 m

• Passes : 1

3.14 HEAT EXCHANGER 05

Kode : HE-05

Fungsi : Mendinginkan gas produk Absorber

Tipe : Double pipe heat exchanger

Jumlah : 1 buah

Bahan konstruksi

• Annulus : Stainless steel SS-304

• Inner pipe : Stainless steel SS-304

Spesifikasi annulus

• ID annulus : 0,1023 m

• Flow areaannulus : 0,002 m2

(70)

commit to user

• Jumlah hairpin : 4

Spesifikasi inner pipe

• OD inner pipe : 0,0889 m

• Flow area pipe : 0,0048 m2

3.15 ABSORBER

Kode : A-01

Fungsi : Menyerap formaldehid dalam campuran gas

hasil reaktor R-01 dengan menggunakan solvent air.

Jenis Packing : Ceramic rasching rings

Diameter Packing : 0,05 m

Jumlah : 1 buah

Diameter : 1,5 m

Tinggi Packing : 12,0752 m

Tinggi menara : 19,3537 m

Teball shell : 0,00635 m

3.16 BLOWER 01

Kode : BL-01

Fungsi : Menaikkan tekanan udara dari 1 atm menjadi 1,3

(71)

commit to user

Tipe : Centrifugal blower

Material : Carbon steel

Jumlah : 1 buah

Tekanan masuk : 1 atm

Tekanan keluar : 1,3 atm

Suhu masuk : 30 oC

Suhu keluar : 30 oC

Daya : 24 HP

3.17 BLOWER 02

Kode : BL-02

Fungsi : Mengalirkan gas Dowterm A masuk ke reaktor

Jumlah : 1 buah

Tekanan masuk : 1,3 atm

Suhu masuk : 290 oC

Suhu keluar : 290 oC

(72)

commit to user

3.18 BLOWER 03

Kode : BL-03

Fungsi : Mengalirkan gas produk reaktor ke HE-03.

Jumlah : 1 buah

Tekanan masuk : 1,06 atm

Suhu masuk : 363,06 oC

Suhu keluar : 363,06 oC

(73)

commit to user

BAB IV

UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM

4.1 Unit Pendukung Proses

Unit pendukung proses atau yang lebih dikenal dengan sebutan

utilitas merupakan bagian penting untuk penunjang proses produksi dalam