PABRIK SUPERPHOSPHATE DARI PHOSPHATE ROCK DAN PHOSPHORIC ACID DENGAN PROSES MEYERS.

(1)

PABRIK SUPERPHOSPHATE

DARI PHOSPHATE ROCK DAN PHOSPHORIC ACID

DENGAN PROSES MEYERS

PRA RENCANA PABRIK

Oleh :

YULINDA DWI NARULITA

0731010044

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL

“VETERAN”

(2)

(3)

LEMBAR PENGESAHAN

PRA RENCANA PABRIK

PABRIK SUPERPHOSPHATE

DARI PHOSPHATE ROCK DAN PHOSPHORIC ACID

DENGAN PROSES MEYERS

Oleh :

Yulinda Dwi Narulita NPM : 0731010044

Telah Dipertahankan Dihadapan Dan Diterima Dihadapan Tim Penguji Pada tanggal 20 Desember 2013

Tim Penguji : Dosen Pembimbing

1.

Ir. Mu’tasim Billah, MT. Ir. Nurul Widji Triana, MT.

NIP. 19600504 198703 1 001 NIP. 19580801 196703 1 001

2.

Ir, Retno dewati, MT. NIP. 19600112 198703 2 001 3.

Ir. Suprihatin,MT. NIP. 19630508 199203 2 001

Mengetahui,

Dekan Fakultas Teknologi Industri

Universitas Pembangunan “Veteran” Jawa Timur

(4)

LEMBAR PENGESAHAN

PABRIK SUPERPHOSPHATE

DARI PHOSPHATE ROCK DAN PHOSPHORIC ACID

DENGAN PROSES MEYERS

Oleh :

YULINDA DWI NARULITA

073101 0044

Disetujui untuk diajukan dalam ujian lisan

Mengetahui, Dosen Pembimbing,

(5)

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 Superphosphate Dari Phosphate Rock Dan Phosphoric Acid Dengan Proses Meyers”, dimana Tugas Akhir ini merupakan tugas yang diberikan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan kesarjanaan di Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pembangunan Nasional Surabaya.

Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Superphosphate Dari Phosphate

Rock Dan Phosphoric Acid Dengan Proses Meyers” ini disusun berdasarkan pada

beberapa sumber yang berasal dari beberapa literatur , data-data , majalah kimia, dan internet.

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

1. Bapak Ir. Sutiyono, MT

Selaku Dekan FTI UPN “Veteran” Jawa Timur

2. Ibu Ir. Retno Dewati, MT

Selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia, FTI,UPN “Veteran” Jawa Timur.

3. Ibu Ir. Nurul Widji Triana, MT

Selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

(6)

5. Seluruh Civitas Akademik Program Studi Teknik Kimia , FTI , UPN

“Veteran” Jawa Timur.

6. Kedua orangtua kami yang selalu mendoakan kami.

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

Kami menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, karena itu segala kritik dan saran yang membangun kami 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 Industri Program Studi Teknik Kimia.

(7)

INTISARI

Perencanaan pabrik superphosphate ini diharapkan dapat berproduksi dengan kapasitas 45.000 ton superphosphate/tahun dalam bentuk padat. Pabrik beroperasi secara kontinyu berjalan selama 24 jam tiap hari dan 330 hari kerja dalam setahun.

Secara umum, kegunaan superphosphate pada tanah adalah untuk memacu pertumbuhan akar dan pembentukan sistem pengakaran yang baik, menambah daya tahan tanaman terhadap serangan hama dan penyakit, menggiatkan pertumbuhan jaringan tanaman dan menggemburkan tanah yang tandus. Secara singkat, uraian proses dari pabrik sodium hexametaphosphate sebagai berikut :

Pertama-tama phosphate rock direaksikan dengan phosphoric acid pada rotary kiln sehingga terbentuk superphosphate. Superphosphate kemudian diaglomerasi, dikeringkan dan dihaluskan sampai ukuran 20 mesh sebagai produk akhir pupuk superphosphate.

Pendirian pabrik berlokasi di Manyar, Gresik dengan ketentuan :

Bentuk Perusahaan : Perseroan Terbatas

Sistem Organisasi : Garis dan Staff

Jumlah Karyawan : 198 orang

Sistem Operasi : Kontinyu

(8)

Analisa Ekonomi :

* Massa Konstruksi : 2 Tahun

* Umur Pabrik : 10 Tahun

* Fixed Capital Investment (FCI) : Rp. 20.618.862.000 * Working Capital Investment (WCI) : Rp. 9.432.458.000 * Total Capital Investment (TCI) : Rp. 30.051.320.000 * Biaya Bahan Baku (1 tahun) : Rp. 87.393.965.000 * Biaya Utilitas (1 tahun) : Rp. 7.668.129.000

- Steam = 284.448 lb/hari

- Air pendingin = 184 M3/hari

- Listrik = 16.944 kWh/hari

- Bahan Bakar = 1.704 liter/hari

* Biaya Produksi Total (Total Production Cost) : Rp. 106.931.633.000 * Hasil Penjualan Produk (Sale Income) : Rp. 136.169.758.000 * Bunga Bank (Kredit Investasi Bank Mandiri) : 13,5%

* Internal Rate of Return : 38,31%

* Rate On Investment : 37,36%

* Pay Out Periode : 2,7 Tahun

(9)

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 KESELAMATANKERJA …. .... 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 PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN……… ... XII – 1

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel VII.1. Instrumentasi pada Pabrik ... VII - 5

Tabel VII.2. Jenis Dan Jumlah Fire – Extinguisher ... VII - 7 Tabel VIII.2.1. Baku mutu air baku harian ... VIII-7 Tabel VIII.2.3. Karakteristik Air boiler dan Air pendingin ... VIII-9 Tabel VIII.4.1. Kebutuhan Listrik Untuk Peralatan Proses

Dan Utilitas ... VIII-60

Tabel VIII.4.2. Kebutuhan Listrik Untuk Penerangan Ruang Pabrik

Dan Daerah Proses ... VIII-62 Tabel IX.1. Pembagian Luas Pabrik ... IX - 8 Tabel X.1. Jadwal Kerja Karyawan Proses ... X - 11 Tabel X.2. Perincian Jumlah Tenaga Kerja ... X - 13 Tabel XI.4.A. Hubungan kapasitas produksi dan biaya produksi ... XI - 8 Tabel XI.4.B. Hubungan antara tahun konstruksi dengan

Modal Sendiri ... XI - 9 Tabel XI.4.C. Hubungan antara tahun konstruksi dengan

Modal Pinjaman ... XI - 9

Tabel XI.4.D. Tabel Cash Flow ... XI - 10

Tabel XI.4.E. Pay Out Periode ... XI - 14

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar IX.1 Lay Out Pabrik ……….……….………… IX - 9

Gambar IX.2 Peta Lokasi Pabrik ……….……….……… IX - 10

Gambar IX.3 Lay Out Peralatan Pabrik ……….………. IX - 11

Gambar X.1 Struktur Organisasi Perusahaan ……….………… X - 14

Gambar XI.1 Grafik BEP ……….……….……… XI - 17

(12)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Superphosphate merupakan salah satu jenis pupuk fosfat yang mengandung unsur hara (P = Phosphorus) yang sangat dibutuhkan oleh tanaman.

Superphosphate dapat dibuat dengan cara mereaksikan batuan fosfat dengan asam sulfat maupun asam fosfat dan menghasilkan Monocalcium Phosphate dan Dicalcium Phosphate.

Prinsip dari proses ini adalah merubah garam-garam yang tidak larut dalam air menjadi garam yang larut dalam air dan dapat diserap oleh tanaman.

Mineral Phosphate yang ditemukan oleh seorang ahli kimia Jerman, Brand pada tahun 1669 (Austin,1986), belum diketahui secara praktis penggunaannya sebagai pupuk dan masih terisolasi penyebarannya. Mula-mula pada 200 tahun sebelum Masehi oleh Carthaginians (Amerika Latin) menganjurkan untuk memanfaatkan hasil kotoran burung yang berjatuhan di suatu tempat untuk meningkatkan hasil pertanian. Suku Inca dari Peru meneliti Guano dan kotoran hasil aktifitas burung di pantai dengan jalan membuat suasana atau tempat yang cocok untuk kedua hewan tersebut, dengan harapan hasil aktifitasnya dapat terkumpul dan mempunyai nilai ekonomis.

(13)

Pengolahan dengan asam phosphate dan asam sulfat menambah kegunaan dan efisiensi phosphate untuk pertanian dan saat ini proses acidulasi dengan asam nitrat dengan asam phosphate kuat memberikan nilai tambah pada pupuk.

Karena mineral phosphate dianggap mempunyai nilai ekonomis, maka didapatkan alternatif mineral phosphate di beberapa tempat yang berbentuk galian Ffluorapatite, dengan variasi kadar Calsium, Fluorine, Iron, Alumminum dan Silicon. Rumus kimia Fluorapatite adalah CaF23Ca3(PO4)2 atau Ca10F2Ca3(PO4)6. Batuan ini direaksikan dengan asam sulfat dan didapatkan Superphosphate.

I.2. Manfaat

Kegunaan terbesar dari superphosphate adalah pada bidang pertanian, yaitu sebagai pupuk. Secara umum, kegunaan superphosphate pada tanah adalah untuk memacu pertumbuhan akar dan pembentukan sistem pengakaran yang baik, menambah daya tahan tanaman terhadap serangan hama dan penyakit, menggiatkan pertumbuhan jaringan tanaman dan menggemburkan tanah yang tandus.

Tabel berikut adalah data produksi dan konsumsi pupuk Superphosphate di Indonesia, berdasarkan data dari Depperindag.

Tahun Kebutuhan

(kg/th)

2007 28.778

2008 33.220

2009 34.650

2010 38.350

(14)

Analisa data : Data (n) Tahun (x) Kebutuhan (ton/th)

(y) xy x

2

1 2.007 28.778 57757446 4.028.049

2 2.008 33.220 66705760 4.032.064

3 2.009 34.650 69611850 4.036.081

4 2.010 38.350 77083500 4.040.100

5 2.011 41.335 83124685 4.044.121

10.045 176.333 354.283.241 20.180.415 Digunakan metode Regresi Linier (Peters : 760), dengan persamaan :

y = a b(x x)

Dengan : a = y (rata-rata harga y : kapasitas) x = rata-rata harga x : (tahun)

= 5 2.011 2.010 2.009 2.008 2.007 = 2.009

b =

n x x n y x y x 2 2 i i

(n = jumlah data) (x = tahun)

Didapat : a = 35.267

b =

5 10.045 20.180.415 5 176.333 10.045 1 354.283.24

2 = 3.024

Persamaa linier : y = 35.267 + 3.024 (x - 2.009)

Pabrik direncanakan berproduksi pada tahun 2012 dengan masa konstruksi selama 2 tahun, maka x = 2012 , sehingga didapat kebutuhan pada tahun 2012,

y = 35.267 + 3.024 (x - 2.009) = 35.267 + 3.024 (2.012 - 2.009) = 44.340 ton/th

Untuk kapasitas pabrik terpasang direncanakan 50.000 ton/th

(15)

I.4. Sifat Bahan Baku dan Produk

Bahan Baku :

I.4.A. Phosphate rock (Perry 7ed : 1999)

Rumus Molekul : Ca3(PO4)2

Berat Molekul : 310

Warna : putih

Bentuk : tetragonal

Specific Gravity : 3,14 Melting Point ; C : 1670 Boiling Point ; C : -

Solubility / 100 parts , water : insoluble

I.4.B. Phosphoric Acid (Perry 7ed : 1999)

Rumus Molekul : H3PO4 Berat Molekul : 98,00

Warna : tidak berwarna (jernih)

Bentuk : larutan pekat

Spesific Gravity : 1,834

Melting Point : 42,35 C

Boiling Point : 213 C Solubility, water : larut

Solubility, lainnya : larut dalam Alkali

Produk :

I.4.C. Super Phosphate (Perry 7ed : 1999)

(16)

Berat Molekul : 252,09

Warna : putih

Bentuk : trigonal

Specific Gravity : 2,22

Melting Point ; C : dekomposisi pada 200 C Boiling Point ; C : -

(17)

BAB II

SELEKSI DAN URAIAN PROSES

II.1. Macam Macam Proses

Untuk skala pabrik, pembuatan superphosphate dapat dibuat dengan beberapa macam proses :

1. Proses Pan Mixing

2. Proses Meyers

3. Proses TVA sigma blade

II.1.A. Proses Pan Mixing

Pada proses ini, phosphoric acid dengan kadar 51% dipanaskan pada suhu 60 C untuk kemudian dicampur dengan phosphate rock berukuran 100 mesh dalam sebuah mixer berbentuk pan (pan mixer). Konversi reaksi berkisar 94%. Setelah beberapa jam, slurry superphosphate yang agak lengket dan basah, kemudian diumpankan pada storage pile dan didiamkan selama 3 minggu untuk menyempurnakan reaksi yang terjadi pada slurry superphosphate.

Superphosphate dari storage pile dengan kandungan air 15% kemudian dikeringkan pada dryer sehingga kadar air pada superphosphate tinggal 2 – 5 % dan kemudian dihaluskan dengan hammer mill serta disaring untuk siap dipasarkan.

COOLING

AREA DRYER MILL SCREEN

PRODUK

MIXING TANK

(18)

II.1.B. Proses Meyers

Pada proses ini, digunakan phosphoric acid dengan kadar 70% dipanaskan pada suhu 63 C untuk kemudian dicampur dengan phosphate rock berukuran 100 mesh dalam sebuah rotary kiln. Konversi reaksi berkisar antara 94% sampai dengan 96% dengan suhu operasi pada kiln mencapai 360 C. Slurry superphosphate kemudian diumpankan pada storage pile dan didiamkan selama beberapa jam untuk menyempurnakan reaksi yang terjadi pada slurry superphosphate.

II.1.C. Proses TVA sigma blade

KILN COOLING

PRODUK MIXING

TANK PHOSPHATE ROCK PHOSPHORIC ACID

COOLING

MIXING TANK PHOSPHATE ROCK PHOSPHORIC ACID

(19)

Pada proses ini, phosphoric acid dengan kadar 80% dumpankan pada suhu kamar untuk kemudian dicampur dengan phosphate rock berukuran 100 mesh dalam sebuah mixer berbentuk conical dengan dilengkapi pengaduk jenis sigma blade (TVA sigma blade). Konversi reaksi berkisar antara 94% sampai dengan 96%. Setelah beberapa jam, slurry superphosphate yang agak lengket dan basah, kemudian diumpankan pada storage pile dan didiamkan selama 12 minggu untuk menyempurnakan reaksi yang terjadi pada slurry superphosphate.

II.2. Pemilihan Proses

Dari uraian diatas, maka dapat ditabelkan perbedaan masing-masing proses pada tabel berikut :

PARAMETER NAMA PROSES

PAN MIXER MEYERS TVA SIGMA BLADE

Kadar Phosphoric acid 51% 70% 80%

Suhu Phosphoric acid 60oC 63oC 30oC

Suhu reaksi 60oC 360oC 30oC

Konversi reaksi 94% 96% 96%

Waktu penimbunan 3 minggu 8 jam 12 minggu

Instalasi peralatan Sederhana Sederhana Rumit

Berdasarkan tabel diatas, maka dipilih pembuatan superphosphate dengan proses Meyers, dengan beberapa pertimbangan :

a. Waktu yang dibutuhkan proses lebih pendek karena dapat berlangsung kontinyu.

(20)

c. Produk yang dihasilkan lebih memenuhi kebutuhan pasar. d. Instalasi peralatan yang digunakan sederhana dan mudah.

II.3. Uraian Proses

Flowsheet Pengembangan :

Pada pra rencana pabrik super phosphate dengan proses den ini, dapat dibagi menjadi 4 Unit pabrik, dengan pembagian :

1. Unit Pengendalian Bahan Baku Kode Unit : 100

2. Unit Reaksi Kode Unit : 200

3. Unit Pengeringan Kode Unit : 300

4. Unit Pengendalian Produk Kode Unit : 400 Uraian proses dari pabrik superphosphate ini adalah sebagai berikut :

Pertama-tama phosphate rock dari supplier ditampung pada silo F-110 dengan bantuan bucket elevator J-111. Phosphate rock kemudian diumpankan dengan belt conveyor J-112 menuju ke ball mill C-120 untuk dihaluskan sampai dengan 100 mesh. Phosphate rock kemudian disaring pada screen H-121, dimana phosphate rock yang tidak lolos ayak kemudian direcycle menuju ke ball mill C-120 dengan bucket elevator J-123 dan belt conveyor J-124 , sedangkan phosphate

430 13 30 G-212 FC FC

Fuel Oil Udara

S C W P W

LI F - 130 FC

L - 141 L - 131

M - 140

H3P O4 FC 3 30 5 30 4 30 6 47,39 Udara

B - 310

J - 321 C - 330

H-331 Udara Beba s

J - 320

J-333 J-332 G-312 E -313 H-311 TC Supe phosphate FC 125 TC 32 14 105 15105 16 17 18 19 32 20 32 21₃₂ 105 7 46,17 H-211

F - 220 J - 221 B - 210

9 360 10 11 8 360 12 30

J - 112 C - 120

J - 123 H-121

1 30

2 30

J - 111

P hosphate Rock (G round)

F - 110

WC

J - 124

F - 410 J - 122

M - 142

L - 143

360 360 105 WC S C CW R W T P

(21)

rock yang lolos ayak kemudian diumpankan ke tangki pengumpan M-142 dengan screw conveyor J-122. Bahan baku phosphoric acid dengan kadar 85% dari supplier, ditampung pada tangki F-130 dan kemudian diencerkan sampai 30% pada tangki pengencer M-140 dengan penambahan air proses dari utilitas. Phosphoric acid encer dengan kadar 30% kemudian diumpankan ke tangki pengumpan M-142.

Pada tangki pengumpan M-142, terjadi proses pencampuran phosphate rock dengan phosphoric acid, untuk kemudian diumpankan pada rotary kiln B-210. Pada rotary kiln B-210 terjadi reaksi antara phosphate rock dengan phosphoric acid membentuk superphosphate dengan bantuan udara panas secara counter-current (berlawanan arah). Kondisi operasi pada rotary kiln berjalan pada tekanan atmosfer dengan suhu keluar padatan 360 C.

Reaksi yang terjadi : (Phosphate Manual : 108)

Reaksi 1. Ca3(PO4)2(S) + 4 H3PO4(L) + 3 H2O(L) 3 CaH4(PO4)2.H2O(S)

Reaksi 2. Ca3(PO4)2(S) + H3PO4(L) + 6 H2O(L) 3 CaHPO4.2H2O(S)

Reaksi 3. Al2O3(S) + 2 H3PO4(L) 2 AlPO4.H2O(S) + H2O(L)

Reaksi 4. Fe2O3(S) + 2 H3PO4(L) 2 FePO4.H2O(S) + H2O(L)

Reaksi 5. 2 MgO(S) + 2 H3PO4(L) Mg2P2O7.3H2O(S)

Udara panas dihasilkan dengan menghembuskan udara bebas dengan blower G-212 dan kemudian dibakar pada burner untuk menghasilkan udara panas. Udara panas dan padatan terikut kemudian dipisahkan pada cyclone H-211, dimana udara panas dibuang ke udara bebas, sedangkan padatan terikut diumpankan ke curing pile F-220 bersamaan dengan produk rotary kiln.

(22)

dikeringkan pada rotary dryer B-310 dengan belt conveyor J-221. Pada rotary dryer B-310 terjadi proses pengeringan superphosphate dengan bantuan udara panas secara counter-current (berlawanan arah). Udara panas dihembuskan dari udara bebas dengan blower G-312 dan dipanaskan pada heater E-313 untuk kemudian digunakan sebagai media pengering pada rotary dryer B-310. Udara panas dan padatan terikut kemudian dipisahkan pada cyclone H-311, dimana udara panas dibuang ke udara bebas, sedangkan padatan terikut, bersamaan dengan produk rotary dryer diumpankan ke cooling conveyor J-320 untuk didinginkan sampai suhu kamar.

(23)

BAB III

NERACA MASSA

Kapasitas produksi = 45.000 ton/th

Waktu operasi = 24 jam proses per hari ; 330 hari kerja per tahun Satuan massa = kilogram/jam

1. BALL MILL - 1 ( C - 120 )

Fungsi : Menghaluskan phosphate rock sampai 100 mesh.

Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer) * Suhu operasi = 30oC (suhu kamar)

* Sistem kerja = kontinyu

Feed keluar Produk

Feed masuk , ( F )

100 mesh ( F’ ) ( P )

Recycle ( R )

Neraca massa total : Feed masuk + Recycle = Feed keluar F + R = F’

F’ = P + R P = F’ – R

(24)

Neraca massa

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j)

- Phosphate rock dr F-110 - Phosphate rock ke H-121

Ca3(PO4)2 1784,5677 Ca3(PO4)2 1873,7961

Fe2O3 192,5997 Fe2O3 202,2297

Al2O3 159,1968 Al2O3 167,1566

MgO 90,0220 MgO 94,5231

SiO2 69,6486 SiO2 73,1310

TiO2 23,2162 TiO2 24,3770

H2O 49,7490 H2O 52,2365

2369,0000 2487,4500

- Recycle dr H-121

Ca3(PO4)2 89,2284

Fe2O3 9,6300

Al2O3 7,9598

MgO 4,5011

SiO2 3,4824

TiO2 1,1608

H2O 2,4875

118,4500

2487,4500 2487,4500

2. SCREEN - 1 ( H - 121 )

Fungsi : Menyaring phosphate rock ukuran 100 mesh.

Kondisi operasi : - Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer) - Suhu operasi = 30oC (suhu kamar)

- Sistem operasi = kontinyu

Feed keluar Produk

Feed masuk , ( F )

100 mesh ( F’) ( P )

Recycle ( R )

(25)

F’ = P + R P = F’ – R

Neraca massa

- Phosphate rock dr C-120 - Phosphate rock ke M-142

Ca3(PO4)2 1873,7961 Ca3(PO4)2 1784,5677

Fe2O3 202,2297 Fe2O3 192,5997

Al2O3 167,1566 Al2O3 159,1968

MgO 94,5231 MgO 90,0220

SiO2 73,1310 SiO2 69,6486

TiO2 24,3770 TiO2 23,2162

H2O 52,2365 H2O 49,7490

2487,4500 2369,0000

- Recycle ke C-120

Ca3(PO4)2 89,2284

Fe2O3 9,6300

Al2O3 7,9598

MgO 4,5011

SiO2 3,4824

TiO2 1,1608

H2O 2,4875

118,4500

(26)

3. TANGKI PENGENCER H3PO4 ( M - 140 )

Fungsi : Mengencerkan phosphoric acid sampai dengan kadar 30%. Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer)

* Suhu operasi = Suhu pengenceran * Waktu operasi = 1 jam proses Phosphoric acid 85%

Phosphoric acid 30%

Air proses

Neraca massa

- Phosphoric acid dr F-130 - Phosphoric acid ke M-142

H3PO4 2985,1616 H3PO4 2985,1616

H2O 526,7932 H2O 6965,3771

3511,9548 9950,5387

- Air proses dr utilitas

H2O 6438,5839

9950,5387 9950,5387

4. TANGKI PENGUMPAN ( M - 142 )

Fungsi : Pencampur dan pengumpan campuran menuju ke rotary kiln. Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer)

* Suhu operasi = Suhu campuran * Waktu operasi = 1 jam proses Phosphate rock

Campuran Phosphoric acid 30%

Feed masuk = Campuran keluar

(27)

Neraca massa

- Phosphate rock dr H-121 - Campuran ke B-210

Ca3(PO4)2 1784,5677 Ca3(PO4)2 1784,5677

Fe2O3 192,5997 Fe2O3 192,5997

Al2O3 159,1968 Al2O3 159,1968

MgO 90,0220 MgO 90,0220

SiO2 69,6486 SiO2 69,6486

TiO2 23,2162 TiO2 23,2162

H2O 49,7490 H3PO4 2985,1616

2369,0000 H2O 7015,1261

- Phosphoric acid dr M-140 12319,5387

H3PO4 2985,1616

H2O 6965,3771

9950,5387

12319,5387 12319,5387

5. ROTARY KILN ( B - 210 )

Fungsi : Mereaksikan phosphate rock dan phosphoric acid membentuk superphosphate.

Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer) * Suhu operasi = 360oC (TVA : 200)

* Waktu operasi = kontinyu

Udara panas + padatan terikut Udara panas, 430 C 360 C

(28)

Neraca massa

- Campuran dr M-142 - Superphosphate ke F-220

Ca3(PO4)2 1784,5677 CaH4(PO4)2.H2O 4260,7370

Fe2O3 192,5997 CaHPO4.2H2O 59,3492

Al2O3 159,1968 AlPO4.H2O 436,5738

MgO 90,0220 FePO4.H2O 406,4599

SiO2 69,6486 Mg2P2O7.3H2O 310,2653

TiO2 23,2162 SiO2 69,5790

H3PO4 2985,1616 TiO2 23,1930

H2O 7015,1261 H2O 1221,8394

12319,5387 6787,9966

- Campuran ke H-211

CaH4(PO4)2.H2O 4,2650 CaHPO4.2H2O 0,0594

AlPO4.H2O 0,4370

FePO4.H2O 0,4069

Mg2P2O7.3H2O 0,3106

SiO2 0,0696

TiO2 0,0232

H2O 5525,9704

5531,5421

(29)

6. CYCLONE - 1 ( H - 211 )

Fungsi : Memisahkan padatan dan udara panas.

Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer) * Suhu operasi = suhu kiln

Udara panas, 360 C

Udara panas Padatan, 360 C

+ Padatan terikut , 360 C

Neraca massa

- Campuran dr B-210 - Superphosphate ke F-220

CaH4(PO4)2.H2O 4,2650 CaH4(PO4)2.H2O 4,2223

CaHPO4.2H2O 0,0594 CaHPO4.2H2O 0,0588

AlPO4.H2O 0,4370 AlPO4.H2O 0,4326

FePO4.H2O 0,4069 FePO4.H2O 0,4028

Mg2P2O7.3H2O 0,3106 Mg2P2O7.3H2O 0,3075

SiO2 0,0696 SiO2 0,0689

TiO2 0,0232 TiO2 0,0230

H2O 5525,9704 5,5159

5531,5421 - Limbah gas

CaH4(PO4)2.H2O 0,0427 CaHPO4.2H2O 0,0006

AlPO4.H2O 0,0044

FePO4.H2O 0,0041

Mg2P2O7.3H2O 0,0031

SiO2 0,0007

TiO2 0,0002

H2O 5525,9704

5526,0262

(30)

7. CURING PILE ( F - 220 )

Fungsi : Mendinginkan dan menyempurnakan proses agglomerasi. Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer)

* Suhu operasi = 30oC (suhu kamar) * Waktu operasi = 24 jam (TVA : 200)

Uap air, 100 C

Superphosphate 360 C Superphosphate,

32 C

Feed masuk = Feed dari kiln B-210 + Feed dari cyclone H-211

Neraca massa

- Superphosphate dr B-210 - Superphosphate ke B-310

CaH4(PO4)2.H2O 4260,7370 CaH4(PO4)2.H2O 4264,9593

CaHPO4.2H2O 59,3492 CaHPO4.2H2O 59,4080

AlPO4.H2O 436,5738 AlPO4.H2O 437,0064 FePO4.H2O 406,4599 FePO4.H2O 406,8627 Mg2P2O7.3H2O 310,2653 Mg2P2O7.3H2O 310,5728

SiO2 69,5790 SiO2 69,6479

TiO2 23,1930 TiO2 23,2160

H2O 1221,8394 H2O 759,7736

6787,9966 6331,4467

- Superphosphate dr H-211 - Uap air

CaH4(PO4)2.H2O 4,2223 H2O 462,0658

CaHPO4.2H2O 0,0588

AlPO4.H2O 0,4326

FePO4.H2O 0,4028

Mg2P2O7.3H2O 0,3075

SiO2 0,0689

TiO2 0,0230

5,5159

(31)

8. ROTARY DRYER ( B - 310 )

Fungsi : Mengeringkan superphosphate.

Feed masuk, 32 C Produk bawah, 105 C

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j)

- Superphosphate dr F-220 - Superphosphate ke J-320

CaH4(PO4)2.H2O 4264,9593 CaH4(PO4)2.H2O 4222,3097

CaHPO4.2H2O 59,4080 CaHPO4.2H2O 58,8139

AlPO4.H2O 437,0064 AlPO4.H2O 432,6363

FePO4.H2O 406,8627 FePO4.H2O 402,7941

Mg2P2O7.3H2O 310,5728 Mg2P2O7.3H2O 307,4671

SiO2 69,6479 SiO2 68,9514

TiO2 23,2160 TiO2 22,9838

H2O 759,7736 H2O 112,5705

6331,4467 5628,5268

- Campuran ke H-311

CaH4(PO4)2.H2O 42,6496 CaHPO4.2H2O 0,5941

AlPO4.H2O 4,3701

FePO4.H2O 4,0686

Mg2P2O7.3H2O 3,1057

SiO2 0,6965

TiO2 0,2322

H2O 647,2031

702,9199

(32)

9. CYCLONE - 2 ( H - 311 )

Fungsi : Memisahkan padatan dan udara panas.

Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer) * Suhu operasi = suhu dryer

Udara panas, 105 C

Udara panas Padatan, 105 C

+ Padatan terikut , 105 C

Neraca massa

- Campuran dr B-310 - Superphosphate ke J-320

CaH4(PO4)2.H2O 42,6496 CaH4(PO4)2.H2O 42,2231

CaHPO4.2H2O 0,5941 CaHPO4.2H2O 0,5882

AlPO4.H2O 4,3701 AlPO4.H2O 4,3264

FePO4.H2O 4,0686 FePO4.H2O 4,0279

Mg2P2O7.3H2O 3,1057 Mg2P2O7.3H2O 3,0746

SiO2 0,6965 SiO2 0,6895

TiO2 0,2322 TiO2 0,2299

H2O 647,2031 55,1596

702,9199 - Campuran ke H-311

CaH4(PO4)2.H2O 0,4265 CaHPO4.2H2O 0,0059

AlPO4.H2O 0,0437

FePO4.H2O 0,0407

Mg2P2O7.3H2O 0,0311

SiO2 0,0070

TiO2 0,0023

H2O 647,2031

647,7603

(33)

10. COOLING CONVEYOR ( J - 320 )

Fungsi : Mendinginkan superphosphate sampai suhu kamar.

* Waktu operasi = kontinyu Superphosphate dr dryer

Superphosphate Superphosphate dr cyclone

Feed masuk = Feed dari dryer B-310 + Feed dari cyclone H-311

Neraca massa

- Superphosphate dr B-310 - Superphosphate ke C-330

CaH4(PO4)2.H2O 4222,3097 CaH4(PO4)2.H2O 4264,5328

CaHPO4.2H2O 58,8139 CaHPO4.2H2O 59,4021

AlPO4.H2O 432,6363 AlPO4.H2O 436,9627 FePO4.H2O 402,7941 FePO4.H2O 406,8220 Mg2P2O7.3H2O 307,4671 Mg2P2O7.3H2O 310,5417

SiO2 68,9514 SiO2 69,6409

TiO2 22,9838 TiO2 23,2137

H2O 112,5705 H2O 112,5705

5628,5268 5683,6864

- Superphosphate dr H-311

CaH4(PO4)2.H2O 42,2231

CaHPO4.2H2O 0,5882

AlPO4.H2O 4,3264

FePO4.H2O 4,0279

Mg2P2O7.3H2O 3,0746

SiO2 0,6895

TiO2 0,2299

55,1596

(34)

11. BALL MILL - 2 ( C - 330 )

Fungsi : Menghaluskan superphosphate sampai 20 mesh.

* Sistem kerja = kontinyu

Feed keluar Produk

Feed masuk , ( F )

20 mesh ( F’ ) ( P )

Recycle ( R )

F’ = P + R P = F’ – R

Neraca massa

- Superphosphate dr J-320 - Superphosphate ke H-331

CaH4(PO4)2.H2O 4264,5328 CaH4(PO4)2.H2O 4477,7594 CaHPO4.2H2O 59,4021 CaHPO4.2H2O 62,3722

AlPO4.H2O 436,9627 AlPO4.H2O 458,8108

FePO4.H2O 406,8220 FePO4.H2O 427,1631

Mg2P2O7.3H2O 310,5417 Mg2P2O7.3H2O 326,0688

SiO2 69,6409 SiO2 73,1229

TiO2 23,2137 TiO2 24,3744

H2O 112,5705 H2O 118,1990

5683,6864 5967,8706

- Recycle dr H-331

CaH4(PO4)2.H2O 213,2266

CaHPO4.2H2O 2,9701

AlPO4.H2O 21,8481 FePO4.H2O 20,3411 Mg2P2O7.3H2O 15,5271

SiO2 3,4820

TiO2 1,1607

H2O 5,6285

284,1842

(35)

12. SCREEN - 2 ( H - 331 )

Fungsi : Menyaring superphosphate ukuran 20 mesh.

Kondisi operasi : - Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer) - Suhu operasi = 32oC (suhu kamar)

- Sistem operasi = kontinyu

Feed keluar Produk

Feed masuk , ( F )

20 mesh ( F’ ) ( P )

Recycle ( R )

F’ = P + R P = F’ – R

(36)

Neraca massa

- Superphosphate dr C-330 - Superphosphate ke F-410

CaH4(PO4)2.H2O 4477,7594 CaH4(PO4)2.H2O 4264,5328

CaHPO4.2H2O 62,3722 CaHPO4.2H2O 59,4021

AlPO4.H2O 458,8108 AlPO4.H2O 436,9627

FePO4.H2O 427,1631 FePO4.H2O 406,8220

Mg2P2O7.3H2O 326,0688 Mg2P2O7.3H2O 310,5417

SiO2 73,1229 SiO2 69,6409

TiO2 24,3744 TiO2 23,2137

H2O 118,1990 H2O 112,5705

5967,8706 5683,6864

- Recycle ke C-330

CaH4(PO4)2.H2O 213,2266 CaHPO4.2H2O 2,9701 AlPO4.H2O 21,8481

FePO4.H2O 20,3411

Mg2P2O7.3H2O 15,5271

SiO2 3,4820

TiO2 1,1607

H2O 5,6285

284,1842

(37)

BAB IV

NERACA PANAS

Satuan panas = kilokalori/jam

1. TANGKI PENGENCER H3PO4 ( M - 140 )

Fungsi : Mengencerkan phosphoric acid sampai dengan kadar 30%. Phosphoric acid 85%

(30 C) Phosphoric acid

30%

Air proses (47,39 C)

(30 C)

H Solution

Neraca energi total :

Entalpi bahan masuk + H Solution = H bahan keluar

Komponen Masuk (kkal/j) Komponen Keluar (kkal/j)

- Phosphoric acid dr F-130 - Phosphoric acid ke M-142

H3PO4 8833,6610 H3PO4 39557,1340

H2O 1177,0906 H2O 69826,1905

10010,7516 109383,3245

- Air proses dr utilitas

H2O 14386,6619

H Solution 84985,9110

(38)

2. TANGKI PENGUMPAN ( M - 142 )

Fungsi : Pencampur dan pengumpan campuran menuju ke rotary kiln. Phosphate rock

(30 C) Campuran

(46,17 C)

Phosphoric acid 30% (47,39 C)

Neraca energi total :

Entalpi bahan masuk = Entalpi bahan keluar

- Phosphate rock dr H-121 - Campuran ke B-210

Ca3(PO4)2 1136,9483 Ca3(PO4)2 4813,8677

Fe2O3 177,8133 Fe2O3 756,1791

Al2O3 193,3676 Al2O3 821,0901

MgO 126,2587 MgO 535,0352

SiO2 78,3028 SiO2 333,2480

TiO2 20,4314 TiO2 86,8868

H2O 111,1641 H3PO4 37401,7207

1844,2862 H2O 66479,5831

- Phosphoric acid dr M-140 111227,6107

H3PO4 39557,1340

H2O 69826,1905

109383,3245

(39)

3. ROTARY KILN ( B - 210 )

Feed masuk, 46,17 C Produk bawah, 360 C

Neraca energi total :

Entalpi bahan masuk + H Udara masuk = Entalpi bahan keluar + H reaksi + H udara keluar

Reaksi yang terjadi : (Phosphate Manual : 108)

Reaksi 1. Ca3(PO4)2(S) + 4 H3PO4(L) + 3 H2O(L) 3 CaH4(PO4)2.H2O(S)

Reaksi 2. Ca3(PO4)2(S) + H3PO4(L) + 6 H2O(L) 3 CaHPO4.2H2O(S)

Reaksi 3. Al2O3(S) + 2 H3PO4(L) 2 AlPO4.H2O(S) + H2O(L)

Reaksi 4. Fe2O3(S) + 2 H3PO4(L) 2 FePO4.H2O(S) + H2O(L)

(40)

- Campuran dr M-142 - Superphosphate ke F-220

Ca3(PO4)2 4813,8677 CaH4(PO4)2.H2O 397136,3424

Fe2O3 756,1791 CaHPO4.2H2O 6605,3831

Al2O3 821,0901 AlPO4.H2O 44928,9094

MgO 535,0352 FePO4.H2O 51243,0606

SiO2 333,2480 Mg2P2O7.3H2O 12428,0310

TiO2 86,8868 SiO2 5799,0451

H3PO4 37401,7207 TiO2 1488,4366

H2O 66479,5831 H2O 190723,7936

111227,6107 710353,0018

- Campuran ke H-211

CaH4(PO4)2.H2O 399,3044

CaHPO4.2H2O 7,6562

- Udara panas AlPO4.H2O 46,1046

Udara 80821064,2814 FePO4.H2O 53,2650

Mg2P2O7.3H2O 13,2660

SiO2 6,0006

TiO2 1,5398

H2O 3866838,2570

Udara 66581149,4741

70448514,8677

- H Reaksi 9773424,0226

(41)

4. CURING PILE ( F - 220 )

Fungsi : Mendinginkan dan menyempurnakan proses agglomerasi Uap air, 100 C

Superphosphate 360 C Superphosphate,

30 C

Neraca energi total :

Entalpi bahan masuk = Entalpi bahan keluar + Q loss

- Superphosphate dr B-210 - Superphosphate ke B-310

CaH4(PO4)2.H2O 397136,3424 CaH4(PO4)2.H2O 5723,8659 CaHPO4.2H2O 6605,3831 CaHPO4.2H2O 97,0367 AlPO4.H2O 44928,9094 AlPO4.H2O 658,9799 FePO4.H2O 51243,0606 FePO4.H2O 765,5850 Mg2P2O7.3H2O 12428,0310 Mg2P2O7.3H2O 185,6745

SiO2 5799,0451 SiO2 78,2960

TiO2 1488,4366 TiO2 20,4243

H2O 190723,7936 H2O 1697,6742

710353,0018 9227,5365

- Superphosphate dr H-211 - Uap air

CaH4(PO4)2.H2O 394,6067 H2O 265653,9850

CaHPO4.2H2O 7,6562

AlPO4.H2O 44,6639 - Q loss 435990,3479

FePO4.H2O 51,1344

Mg2P2O7.3H2O 13,2660

SiO2 6,0006

TiO2 1,5398

518,8676

(42)

5. ROTARY DRYER ( B - 310 )

Fungsi : Mengeringkan superphosphate

Feed masuk, 30 C Produk bawah, 105 C

Neraca energi total :

Entalpi bahan masuk + H Udara masuk = Entalpi bahan keluar + H udara keluar

- Superphosphate dr F-220 - Superphosphate ke J-320

CaH4(PO4)2.H2O 5723,8659 CaH4(PO4)2.H2O 91419,8898 CaHPO4.2H2O 97,0367 CaHPO4.2H2O 1543,1964 AlPO4.H2O 658,9799 AlPO4.H2O 10482,5140 FePO4.H2O 765,5850 FePO4.H2O 12126,7392 Mg2P2O7.3H2O 185,6745 Mg2P2O7.3H2O 2941,2240

SiO2 78,2960 SiO2 1270,1878

TiO2 20,4243 TiO2 330,0417

H2O 1697,6742 H2O 4058,7210

9227,5365 124172,5139

- Campuran ke H-311

- Udara panas CaH4(PO4)2.H2O 923,7364

Udara 2437446,8470 CaHPO4.2H2O 15,7930

AlPO4.H2O 106,1718

FePO4.H2O 122,6208

Mg2P2O7.3H2O 29,8320

SiO2 12,9318

TiO2 3,4464

H2O 373615,6391

Udara 1947671,6983

2322501,8696

(43)

6. HEATER ( E - 313 )

Fungsi : Memanaskan udara menjadi udara panas pada suhu 125oC Steam , 148 C

Udara bebas (30 C) Udara panas (125 C)

Steam condensate , 148 C

Neraca energi total :

H bahan masuk + Q supply = H bahan keluar + Q loss

* Udara bebas dr G-312 * Udara panas ke B-310

Udara 121193,7526 Udara 2437446,8470

* Q supply 2438161,1520 * Q loss 121908,0576

2559354,9046 2559354,9046

7. COOLING CONVEYOR ( J - 320 )

Fungsi : Mendinginkan superphosphate.

Air pendingin masuk, 30 C

Superphosphate Superphosphate

105 C 32 C

(44)

Neraca energi total :

H bahan masuk = H bahan keluar + Q serap

- Superphosphate dr B-310 - Superphosphate ke C-330

CaH4(PO4)2.H2O 91419,8898 CaH4(PO4)2.H2O 8014,4689

CaHPO4.2H2O 1543,1964 CaHPO4.2H2O 135,8666

AlPO4.H2O 10482,5140 AlPO4.H2O 922,5956

FePO4.H2O 12126,7392 FePO4.H2O 1071,7300 Mg2P2O7.3H2O 2941,2240 Mg2P2O7.3H2O 259,9212

SiO2 1270,1878 SiO2 109,6746

TiO2 330,0417 TiO2 28,6109

H2O 4058,7210 H2O 352,2253

124172,5139 10895,0931

- Superphosphate dr H-311

CaH4(PO4)2.H2O 914,4608 - Q serap 114480,0423

CaHPO4.2H2O 15,7930

AlPO4.H2O 105,1542

FePO4.H2O 121,6032

Mg2P2O7.3H2O 29,5680

SiO2 12,7108

TiO2 3,3315

1202,6215

(45)

BAB V

SPESIFIKASI ALAT

Satuan panas = kilokalori/jam

1. SILO PHOSPHATE ROCK ( F - 110 )

Fungsi

: Menampung phosphate rock dari supplier

Type : silinder tegak dengan tutup atas datar dan bawah conis Dasar pemilihan : umum digunakan untuk menampung padatan

Kondisi Operasi : - Tekanan = 1 atm (tekanan atmosfer) - Suhu = 30 C (suhu kamar)

- Waktu penyimpanan = 7 hari

Spesifikasi :

Volume : 2835 cuft = 81 m3

Diameter : 11 ft

Tinggi : 33 ft

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

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C (Brownell : 253)

Jumlah : 2 buah

inlet

(46)

2. BUCKET ELEVATOR - 1 ( J - 111 )

Fungsi : memindahkan bahan dari supplier ke silo F-110 Type : Continuous Discharge Bucket Elevator

Dasar pemilihan : untuk memindahkan bahan dengan ketinggian tertentu

Spesifikasi :

Kapasitas maksimum = 14 ton/jam

Ukuran = 6 in x 4 in x 4 ¼ in

Bucket Spacing = 12 in

Tinggi Elevator = 48 ft Ukuran Feed (maximum) = ¾ in

Bucket Speed = (2,4 / 14) x 225 ft/mnt = 39 ft/menit Putaran Head Shaft = (2,4 / 14) x 43 rpm = 8 rpm

Lebar Belt = 7 in

Power total = 4 hp

Alat pembantu = Hopper Chute (pengumpan)

(47)

3. BELT CONVEYOR - 1 ( J - 112 )

Fungsi : memindahkan bahan dari F-110 ke C-120

Type : Troughed belt conveyor with rolls of equal length Dasar pemilihan : dipilih conveyor jenis belt sesuai dengan bahan

Spesifikasi :

Kapasitas maksimum : 32 ton/jam Belt - width : 14 in

- trough width : 9 in - skirt seal : 2 in

Belt speed : (2,4 / 32) x 100 ft/mnt = 8 ft/min Panjang : 42 ft

Sudut elevasi : 16,7 o

Power : 4 Hp

Jumlah : 1 buah

4. BALL MILL - 1 ( C - 120 )

Fungsi : Menghaluskan bahan sampai 100 mesh Type : Ball Mill Grinding System, Air-Lift Type Dasar pemilihan : dipilih jenis ini karena sesuai dengan bahan dan kapasitas.

Kondisi operasi : Tekanan operasi = 1 atm (atmospheric pressure) Suhu operasi = Suhu kamar

Waktu proses = Continuous

Masuk

(48)

Spesifikasi :

Sieve number : No. 100 Kapasitas maksimum : 105 ton/hari Ukuran ball mill : 6 ft x 4 ½ ft Mill Speed : 24 rpm

Power : 85 hp

Bola Baja : - Ball charge : 8,9 ton

- Ukuran bola baja : 5” , 3 ½ “ , 2 ½ “ - Jumlah bola 5” : 577 buah

- Jumlah bola 3½“ : 1682 buah - Jumlah bola 2½“ : 4615 buah Jumlah ball mill : 1 buah

5. SCREEN - 1 ( H - 121 )

Fungsi : Menyaring phosphate rock hasil ball mill. Type : Vibrating Screen

Dasar pemilihan : sesuai dengan ukuran, kapasitas dan jenis bahan.

Spesifikasi :

Kapasitas : 2,5 ton/jam Speed : 50 vibration/dt

Power : 3 Hp (Peter’s 4ed;p.567) Ty Equivalent design : 100 mesh

Sieve No. : 100

Sieve design : standard 149 micron Sieve opening : 0,149 mm

(49)

6. SCREW CONVEYOR ( J - 122 )

Fungsi : memindahkan bahan dari H-121 ke M-142 Type : Plain spouts or chutes

Dasar pemilihan : Umum digunakan untuk padatan dengan sistem tertutup

Spesifikasi :

Kapasitas : 27 cuft/jam

Panjang : 50 ft

Diameter : 6 in Kecepatan putaran : 20 rpm Power : 1,5 hp Jumlah : 1 buah

7. BUCKET ELEVATOR - 2 ( J - 123 )

Fungsi : memindahkan bahan dari H-121 ke C-120 Type : Continuous Discharge Bucket Elevator

Spesifikasi :

INLET

OUTLET Tampak

Depan

(50)

Lebar Belt = 7 in

Power total = 4 hp

Jumlah = 1 buah

8. BELT CONVEYOR - 2 ( J - 124 )

Fungsi : memindahkan bahan dari J-124 ke C-120

Spesifikasi :

Power : 4 Hp

Jumlah : 1 buah

Masuk

(51)

9. TANGKI PENAMPUNG H3PO4 85% ( F - 130 )

Fungsi : menampung phosphoric acid dari supplier

Type : silinder tegak , tutup bawah datar dan tutup atas dish

Dasar Pemilihan : Umum digunakan untuk liquid pada tekanan

atmospheric

Kondisi Operasi : - Tekanan = 1 atm (atmospheric pressure) - Suhu = 30 C (suhu kamar)

Spesifikasi :

Volume : 8085 cuft = 229 M3

Diameter : 22 ft

Tinggi : 22 ft

Tebal shell : ¼ in Tebal tutup atas : ¼ in Tebal tutup bawah : ¼ in

Bahan konstruksi : Stainless Steel 316 (Perry 7ed,T.28-11)

Jumlah : 2 buah

Masuk

(52)

10. POMPA - 1 ( L - 131 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari F-130 ke M-140 Type : Centrifugal Pump

Dasar Pemilihan : sesuai untuk viskositas < 10 cP dan tekanan yang rendah.

Spesifikasi :

Bahan konstruksi : Commercial Steel Rate Volumetrik : 9,50 gpm

Total DynamicHead : 18,36 ft.lbf/lbm Effisiensi motor : 80%

Power : 1,5 hp = 1,2 kW Jumlah : 2 buah (1 cadangan)

11. TANGKI PENGENCER H3PO4 30% ( M - 140 )

Fungsi : Mengencerkan phosphoric acid sampai dengan kadar 30%. Type : Silinder tegak , tutup atas dan tutup bawah dished.

dilengkapi pengaduk.

Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer) * Suhu operasi = Suhu pengenceran

* Waktu operasi = 1 jam proses

Spesifikasi :

Dimensi Shell :

(53)

Dimensi tutup :

Tebal tutup atas (dished) : 3/16 in Tinggi Tutup atas : 0,81 ft Tebal tutup bawah (conis) : 3/16 in Tinggi Tutup bawah : 0,70 ft

Bahan konstruksi : Stainless steel 316 (Perry 7ed,T.28-11)

Sistem Pengaduk Turbin 6-flat blade :

Diameter impeler : 2,000 ft Panjang blade : 0,500 ft Lebar blade : 0,400 ft Power motor : 16 hp

Jumlah tangki : 1 buah

12. POMPA - 2 ( L - 141 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari M-140 ke M-142 Type : Centrifugal Pump

Dasar Pemilihan : sesuai untuk viskositas < 10 cP dan tekanan yang rendah.

Spesifikasi :

(54)

13. TANGKI PENGUMPAN ( M - 142 )

Fungsi : Pencampur dan pengumpan campuran menuju ke rotary kiln. Type : Silinder tegak , tutup atas dished, tutup bawah conis

dilengkapi pengaduk.

Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer) * Suhu operasi = Suhu campuran

* Waktu operasi = 1 jam proses

Spesifikasi :

Dimensi Shell :

Diameter Shell , inside : 6 ft Tinggi Shell : 12 ft

Tebal Shell : 3/16 in

Dimensi tutup :

Tebal tutup atas (dished) : 3/16 in Tinggi Tutup atas : 0,81 ft Tebal tutup bawah (conis) : 3/16 in Tinggi Tutup bawah : 0,70 ft

Bahan konstruksi : Stainless steel 316 (Perry 7ed,T.28-11)

Sistem Pengaduk Turbin 6-flat blade :

Diameter impeler : 2,000 ft Panjang blade : 0,500 ft Lebar blade : 0,400 ft Power motor : 18 hp

(55)

14. POMPA - 3 ( L - 143 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari M-142 ke B-210 Type : Reciprocating Pump

Dasar Pemilihan : sesuai viskositas > 10 cP dan mengandung solid.

Spesifikasi :

Power : 1,5 hp = 1,2 kW Jumlah : 2 buah (1 cadangan)

15. ROTARY KILN ( B - 210 )

(56)

16. CYCLONE - 1 ( H - 211 )

Fungsi : untuk memisahkan padatan yang terikut udara Type : Van Tongeren Cyclone

Dasar pemilihan : efektif dan sesuai dengan jenis bahan

Spesifikasi :

Kapasitas : 27802,622 cuft/dt Diameter partikel : 0,000026 ft Tebal shell : 3/8 in Tebal Tutup atas : 3/8 in Tebal Tutup bawah : 3/8 in

Jumlah : 1 buah

Bc

Hc Gas

in

De Sc

Lc

Dc

Zc

Jc

Dust Out Gas Out

Bc = 1/4 Dc De = 1/2 Dc Hc = 1/2 Dc Lc = 2 Dc Sc = 1/8 Dc Zc = 2 Dc Jc = 1/4 Dc

Perry 6ed ; Figure. 20-106

Tampak Atas

(57)

17. BLOWER - 1 ( G - 212 )

Fungsi : memindahkan udara dari udara bebas ke B-210 Type : Centrifugal Blower

Dasar Pemilihan : Sesuai dengan jenis bahan , efisiensi tinggi.

Spesifikasi :

Bahan : Commercial Steel Rate Volumetrik : 19856 cuft/menit Adiabatic Head : 15000 ft.lbf/lbm gas Effisiensi motor : 80%

Power : 387 hp

Jumlah : 2 buah - multistage Masuk

Keluar

Masuk

(58)

18. CURING PILE ( F - 220 )

Fungsi : Menampung superphosphat Dasar Pemilihan : Bahan berbentuk solid

Fungsi : Mendinginkan dan menyempurnakan proses agglomerasi. Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer)

* Suhu operasi = 30oC (suhu kamar) * Waktu operasi = 24 jam (TVA : 200)

Stock pile (gudang) berbentuk persegi panjang terbuat dari beton.

Spesifikasi :

Kapasitas : 877 m3

Bentuk : empat persegi panjang Ukuran : Panjang = 12,2 m

Lebar = 12,2 m Tinggi = 6,1 m Bahan konstuksi : Beton

(59)

19. BELT CONVEYOR - 3 ( J - 221 )

Fungsi : memindahkan bahan dari F-220 ke B-310

Spesifikasi :

Power : 5 Hp

Jumlah : 1 buah

Masuk

(60)

20. ROTARY DRYER ( B - 310 )

Fungsi : Mengeringkan superphosphate. Type : Rotary Drum

Gambar alat :

Spesifikasi :

Kapasitas : 6331,4467 kg/jam Isolasi : Batu isolasi

Diameter : 1,6 m

Panjang : 11 m

Tebal isolasi : 4 in Tebal shell : 3/16 in Tinggi bahan : 0,788 ft Sudut rotary : 1 Time of passes: 15 menit Jumlah flight : 30 buah

Power : 37 hp

(61)

21. CYCLONE - 2 ( H - 311 )

Fungsi : untuk memisahkan padatan yang terikut udara Type : Van Tongeren Cyclone

Dasar pemilihan : efektif dan sesuai dengan jenis bahan

Spesifikasi :

Kapasitas : 2094,176 cuft/dt Diameter partikel : 0,000026ft Tebal shell : ¼ in Tebal Tutup atas : ¼ in Tebal Tutup bawah : ¼ in

Jumlah : 1 buah

Bc

Hc Gas

in

De Sc

Lc

Dc

Zc

Jc

Dust Out Gas Out

Bc = 1/4 Dc De = 1/2 Dc Hc = 1/2 Dc Lc = 2 Dc Sc = 1/8 Dc Zc = 2 Dc Jc = 1/4 Dc

Perry 6ed ; Figure. 20-106

Tampak Atas

(62)

22. BLOWER - 2 ( G - 312 )

Fungsi : memindahkan udara dari udara bebas ke B-310 Type : Centrifugal Blower

Dasar Pemilihan : Sesuai dengan jenis bahan , efisiensi tinggi.

Spesifikasi :

Bahan : Commercial Steel Rate Volumetrik : 4938 cuft/menit Adiabatic Head : 15000 ft.lbf/lbm gas Effisiensi motor : 80%

Power : 97 hp

Jumlah : 2 buah – multistage

23. HEATER ( E - 313 )

Fungsi : Memanaskan udara dari 30 C menjadi 125 C Type : 1 – 2 Shell and Tube Heat Exchanger (Fixed Tube) Dasar Pemilihan : Umum digunakan dan mempunyai range perpindahan

panas yang besar.

Kondisi Operasi : - Tekanan = 1 atm (atmospheric pressure) - Suhu = berdasarkan dryer

- Waktu proses= continuous Masuk

Keluar

Masuk

(63)

Spesifikasi :

Tube : OD = ¾ in ; 16 BWG Panjang = 16 ft

Pitch = 1 in square Jumlah Tube , Nt = 914

Passes = 2

Shell : ID = 37,0 in

Passes = 1

Bahan konstruksi shell = Carbon steel Heat Exchanger Area , A = 2870,7 ft2 = 267 m2

Jumlah exchanger = 1 buah

24. COOLING CONVEYOR ( J - 320 )

Fungsi : Mendinginkan bahan sampai dengan 32 C Type : Plain spouts or chutes

Dasar pemilihan : Umum digunakan untuk padatan dengan sistem tertutup

Spesifikasi :

Kapasitas : 90 cuft/jam

Panjang : 70 ft

Diameter : 10 in Kecepatan putaran : 14 rpm Tebal jaket standar : 2 in Power : 4,0 hp Jumlah : 1 buah

INLE

OUTLE Tampa

Depa

(64)

25. BUCKET ELEVATOR - 3 ( J - 321 )

Fungsi : memindahkan bahan dari J-320 ke C-330 Type : Continuous Discharge Bucket Elevator

Spesifikasi :

Lebar Belt = 7 in

Power total = 5 hp

(65)

26. BALL MILL - 2 ( C - 330 )

Fungsi : Menghaluskan bahan sampai 20 mesh Type : Ball Mill Grinding System, Air-Lift Type Dasar pemilihan : dipilih jenis ini karena sesuai dengan bahan dan kapasitas.

Kondisi operasi : Tekanan operasi= 1 atm (atmospheric pressure) Suhu operasi = Suhu kamar

Waktu proses = Continuous

Spesifikasi :

Sieve number : No. 20 Kapasitas maksimum : 145 ton/hari Ukuran ball mill : 5 ft x 4 ft Mill Speed : 27 rpm

Power : 44 hp

Bola Baja : - Ball charge : 5,25 ton

- Ukuran bola baja : 5” , 3 ½ “ , 2 ½ “ - Jumlah bola 5” : 341 buah

(66)

27. SCREEN - 2 ( H - 331 )

Fungsi : Menyaring superphosphate hasil ball mill. Type : Vibrating Screen

Dasar pemilihan : sesuai dengan ukuran, kapasitas dan jenis bahan.

Spesifikasi :

Kapasitas : 6,0 ton/jam Speed : 50 vibration/dt

Power : 3 Hp (Peter’s 4ed;p.567) Ty Equivalent design : 20 mesh

Sieve No. : 20

Sieve design : standard 841 micron Sieve opening : 0,841 mm

Ukuran kawat : 0,510 mm Effisiensi : 99,73 %

(67)

28. BUCKET ELEVATOR - 4 ( J - 332 )

Fungsi : memindahkan bahan dari H-331 ke J-333 Type : Continuous Discharge Bucket Elevator

Spesifikasi :

Lebar Belt = 7 in

Power total = 5 hp

(68)

9. BELT CONVEYOR - 4 ( J - 333 )

Fungsi : memindahkan bahan dari J-332 ke C-330

Spesifikasi :

Power : 4 Hp

Jumlah : 1 buah

Masuk

(69)

30. SILO SUPERPHOSPHATE ( F - 410 )

Fungsi

: Menampung produk superphosphate

Type : silinder tegak dengan tutup atas datar dan bawah conis Dasar pemilihan : umum digunakan untuk menampung padatan

Kondisi Operasi : - Tekanan = 1 atm (tekanan atmosfer) - Suhu = suhu kamar

Spesifikasi :

Volume : 9450 cuft = 268 m3

Diameter : 16 ft

Tinggi : 48 ft

Tebal shell : ½ in Tebal tutup atas : ½ in Tebal tutup bawah : ½ in

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C (Brownell : 253)

Jumlah : 2 buah

inlet

(70)

BAB VI

PERENCANAAN ALAT UTAMA

Gambar alat :

ROTARY KILN ( B – 210 )

Diagram panas :

Feed masuk, 46,17 C Produk bawah, 360 C

Perhitungan :

Dari neraca massa dan neraca panas :

(71)

Total panas = 14239914,8073 kkal/jam = 56507599 Btu/jam Suhu bahan masuk = 46,17 C = 116 F

Suhu bahan keluar = 360 C = 680 F Suhu udara masuk = 430 C = 806 F Suhu udara keluar = 360 C = 680 F

Log Mean Temperature Difference , LMTD :

t1 = 806 - 680 = 126 F t2 = 680 - 116 = 564 F LMTD =

1 2 1 2 t t ln t t

= 292,24oF = 417,73 K

Perhitungan Area of Drum , A :

Asumsi solid velocity , us = 0,5 m/dt (Ulrich , tabel 4-10) Area aliran solid, As =

s s

s

u m

Keterangan = As = Area drum yang dilewati solid ; m2 ms = rate solid ; kg/dt

s = densitas solid ; kg/m3 us = solid velocity ; m/dt Rate solid = 12319,5387 kg/jam = 3,43 kg/dt

solid = 82,3 lb/cuft = 1,32 kg/m3

us = 0,2 m/dt (Ulrich , tabel 4-10)

As =

s s s u m = dt / m m / kg dt / kg 5 , 0 1,32 3,43

3 = 5,2 m

2

As = D2

(72)

Perhitungan koefisien volumetrik heat transfer , Ua :

Ua =

D G 240 0,67

(Ulrich , T.4-10)

Keterangan : Ua = koefisien volumetrik heat transfer , J/m3.dt. K G = gas mass velocity ; kg/dt.m2

(maksimum 5 kg/dt.m2 ; Ulrich,T.4-10) D = diameter kiln ; m

G = 5,0 kg/dt.m2 (asumsi) D = 2,6 m

Ua =

6 , 2 0 , 5 240 0,67

= 271,36 J/m3.dt. K

Perhitungan panjang rotary drum :

Q = Ua x V x T (Perry 6ed,pers.20-35)

V = D .L

4

2

(Volume silinder) Keterangan : Q = panas total , J/dt

Ua = koefisien volumetrik heat transfer , J/m3.dt. K V = Volume Drum ; m3

T = Log mean temperatur difference ; K D = Diameter drum ; m

L = Panjang drum ; m

Q = Ua x V x T (Perry 6ed,pers.20-35)

V = D .L

4

2

= 0,785 x 2,62 L = 5,3066 L

Q = Ua x D .L T

4

2

Total panas pada sistem :

Q = 14239914,8073 kkal/j = (14239914,8073 x 4190) / 3600 = 16573679 J/dt Ua = 271,36 J/m3.dt. K

D = 2,6 m T = 417,73 K

Q = Ua x D .L T 4

(73)

16573679 = 601530,7722 L L = 28 m

Perbandingan

D L

kiln = 10 – 30 (Ulrich; T.4-10)

D L = 6 , 2 28

11 (memenuhi range),

maka pemilihan rate massa udara memenuhi.

Perhitungan Time of Passes, :

= F BLG 6 . 0 D SN L 23 . 0 9 .

0 (Perry 6

ed

, 20-33) B = 5Dp 0.5 (Perry 6ed , 20-33) Keterangan : = time of passes ; menit

L = panjang drum ; m S = slope drum ; cm/m

N = speed ; rpm

D = diameter drum ; m B = konstanta material

G = rate massa udara ; kg/m2.dt

F = rate solid ; kg solid/jam.m2 Dp = berat partikel ; m

Ketentuan :

S = slope drum ; 0 – 8 cm/m (Perry 6ed, hal.20-33) G = rate massa udara ; maksimum 5 kg/m2.dt (Perry 6ed, hal.20-33) F = rate solid ; kg solid/jam.m2

Asumsi : Dp = ukuran partikel ; 10 mesh = 1680 m (Perry 6ed, T.21-6) G = rate massa udara ; 5,0 kg/m2.dt (Ulrich,T.4-10) S = slope drum ; 8 cm/m (Perry 6ed, hal.20-33) N = speed ; 6 rpm (Perry 6ed, hal.20-33)

= F BLG 6 . 0 D SN L 23 . 0 9 .

0 (Perry 6

ed

,pers.20-39: hal.20-33) tanda ( + ) untuk aliran counter current (Perry 6ed, hal.20-33)

(74)

F = 12319,5387 kg/jam / 5,2 m2 = 2369,2 kg/jam.m2 = 2369,2 0 , 5 28 205 6 , 0 6 , 2 6 8 28 23 , 0 9 . 0

(untuk counter-current tanda : (+)) 20 menit

Perhitungan sudut rotary drum :

Slope = 8 cm/m Panjang drum = 28 m

Slope actual = 8 (cm/m) x 28 (m) = 224 cm = 2,24 m tg = 2,24

Sudut rotary, 2

Perhitungan flight rotary drum :

Perhitungan berdasarkan Perry 7ed; 12-56 :

Ketentuan : Tinggi flight = 1/12 D ~ 1/8 D Panjang flight = 0,6 m ~ 2 m Jumlah flight 1 circle = 2,4 D ~ 3 D Pengambilan data : Tinggi flight = 1/8 D

Panjang flight = 2 m Jumlah flight 1 circle = 3 D Diameter drum, D = 2,6 m

Panjang drum , L = 28 m

Tinggi flight = 1/8 D = 1/8 x 2,6 = 0,33 m Jumlah flight 1 circle = 3 D = 3 x 2,6 8 buah Total circle = Panjang drum / Panjang flight

Total circle = 28 / 2 = 14 , digunakan 14 buah

Total jumlah flight = Total circle x Jumlah flight tiap 1 circle Total jumlah flight = 14 x 8 = 112 buah

Perhitungan tebal shell drum :

(75)

Perbandingan tinggi bahan dan diameter drum , H/D = 0,16 (Perry 5ed , T.6-52,) D = 2,6 m = 8,52 ft

H = 0,16 x D = 0,16 x 8,52 = 1,4 ft = 82,3 lb/cuft

Tekanan vertikal pada tangki :

PB =

r g

gc)

B

k

(

' '

2 (1

2

e ' k Z' T/r_{) (Mc.Cabe, pers 26-24)} Keterangan :

PB = tekanan vertikal pada dasar B = bulk density bahan

'_{= koefisien gesek = 0,35}_–_{0,55 diambil 0,45 (Mc.Cabe, p.299)}

k’ = ratio tekanan normal

k’ = 1

1

sin

sin (pers.26-17, Mc.Cabe)

k’ =

30 sin 1 30 sin 1

= 0,334

ZT = tinggi total material dalam tangki,

asumsi tinggi bahan = 15 % dari tinggi drum (Ulrich T.4-10) tinggi drum = diameter drum

= 15 % x 8,52 = 1,278 ft

r = jari-jari tangki, ft ; r = D / 2 = 8,52 / 2 = 4,26 ft

maka : PB =

r g

gc)

B

k

(

' '

2 (

r / Z k 2 ' ' T

e

1 ) (Mc.Cabe, pers 26-24)

PB = 466,6 lb/ft2 ; PB = 3,3 psi (1 lb/ft2 = 0,006945 psi) Tekanan Lateral PL = k’ . PB = 0,334 x 3,3 = 1,103 psi

(76)

Tebal shell , digunakan API-ASME Code :

ts = P . D

2 . f . e . P C (H&R, p.85)

Dipakai double welded Butt joint, e = 80%

ts = 0,125

5 8 , 0 13700 2 12 ,52 8 5

= 0,157 in, digunakan 3/16 in

Isolasi :

Batu isolasi dipakai setebal 4 in (Perry 7ed ; 12-42) Diameter dalam rotary = 8,52 ft

Diameter luar rotary = 8,52 + 2 ((3/16) / 12) = 8,5514 ft maka diameter rotary terisolasi = 8,5514 + 2 ( 4/12 ) = 9,2194 ft

Perhitungan power rotary :

Perry6ed , persamaan 20-44 =

100000 W 33 , 0 DW 1925 , 0 dw 75 . 4 N hp

dengan : N = putaran rotary = 6 Rpm d = diameter shell = 8,52 ft w = berat bahan = 27160 lb D = d + 2 = 10,52 ft W = berat total ; lb

Perhitungan berat total :

a ) Berat shell

We =

4 x ( Do

2_–

Di2 ) x L x dengan :

Do = diameter luar shell = 8,5514 ft Di = diameter dalam shell = 8,5200 ft L = panjang Drum = 28 m = 91,8 ft

= density steel = 482 lb/cuft

(77)

b ) Berat isolasi

We =

4 x ( Do

2_–

Di2 ) x L x dengan : Do = diameter luar isolasi = 9,2194 ft Di = diameter dalam isolasi = 8,5514 ft L = panjang isolasi = 91,8 ft

= density isolasi = 19 lb/cuft

We = 0,785 x (9,21942– 8,55142 ) x 91,8 x 19 = 16254 lb

c ) Berat Bahan