PRARANCANGAN PABRIK GLYCERINE TRINITRATE DARI GLISERIN DAN ASAM NITRAT DENGAN PROSES BIAZZI KAPASITAS TON / TAHUN

(1)

DARI GLISERIN DAN ASAM NITRAT DENGAN PROSES

BIAZZI

KAPASITAS 10.000 TON / TAHUN

Oleh :

Dwi Endah Cahyani I 0502020 Wahyu Setyo Nugroho E P I 0502050

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2007

(2)

DENGAN PROSES BIAZZI KAPASITAS 10.000 TON / TAHUN

Oleh :

DWI ENDAH CAHYANI NIM. I 0502020

WAHYU SETYO NUGROHO EDY PURWANTO NIM. I 0502050

Dosen pembimbing

Sperisa Distantina, ST, MT NIP. 132 285 054

Dipertahankan di depan Tim Penguji :

1. Ir. Endah Retno D, MT 1. ... NIP. 132 258 055

2. Bregas STS, ST, MT 2. ... NIP. 132 243 335

Mengetahui Disahkan

a.n. Dekan Fakultas Teknik Pembantu Dekan I

Ir. Noegroho Djarwanti, MT NIP. 131 415 237

Ketua Jurusan Teknik Kimia

Ir. Nunik Sri Wahjuni, M.Si. NIP. 131 569 187

(3)

rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Glycerine Trinitrate dari Gliserin dan Asam Nitrat dengan Proses Biazzi Kapasitas 10.000 Ton / tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Sperisa Distantina, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.

2. Yc. Danarto , ST,MT, selaku Pembimbing Akademik.

3. Ir. Nunik Sri Wahjuni, M.Si., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS.

4. Segenap Civitas Akademika, atas semua bantuannya.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Juli 2007

(4)

Halaman Pengesahan ii

Kata Pengantar iii

Daftar Isi iv

Daftar Tabel xi

Daftar Gambar xiv

Intisari xv

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Kapasitas Perancangan 3

1.2.1 Kebutuhan nitrogliserin 3

1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku 5

1.2.3 Kapasitas minimum Pabrik Nitrogliserin 5

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik 6

1.3.1 Faktor Primer 6

1.3.2 Faktor Sekunder 7

1.4 Tinjauan Pustaka 8

1.4.1 Macam-macam Proses Nitrogliserin 9

BAB II DESKRIPSI PROSES 13

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 13

(5)

2.2.2 Kondisi Operasi 15

2.3 Tinjauan Kinetika 15

2.4 Tinjauan Termodinamika 16

2.5 Langkah Proses 18

2.5.1 Tahap Penyiapan Bahan Baku 18

2.5.2 Tahap Reaksi Nitrasi Pembentukan Nitrogliserin 19

2.6 Diagram Alir 20

2.6.1 Diagram Alir Proses 21

2.6.2 Diagram Alir Kualitatif 22

2.6.3 Diagram Alir Kuantitatif 23

2.7 Neraca Massa dan Neraca Panas 24

2.7.1 Neraca Massa 24

2.7.2 Neraca Panas 25

2.8 Lay Out Pabrik dan Peralatan 29

2.8.1 Lay Out Pabrik 29

2.8.2 Lay Out Peralatan 33

BAB III SPESIFIKASI ALAT 35

3.1 Mixer-01 35

3.2 Mixer-02 36

(6)

3.7 Tangki Netraliser 41

3.8 Tangki Asam Sulfat 42

3.9 Tangki Asam Nitrat 43

3.10 Tangki Gliserol 44

3.11 Tangki Nitrogliserin 45

3.12 Tangki Brine Water 46

3.13 Cooler 1 47 3.14 Cooler 2 48 3.15 Cooler 3 50 3.16 Cooler 4 51 3.17 Pompa 1 52 3.18 Pompa 2 53 3.19 Pompa 3 54 3.20 Pompa 4 54 3.21 Pompa 5 55 3.22 Pompa 6 56 3.23 Pompa 7 56 3.24 Pompa 8 57 3.25 Pompa 9 58 3.26 Pompa 10 59

(7)

4.1.1.1 Air Pendingin dan Pemadam Kebakaran 61

4.1.1.2 Air Proses 65

4.1.1.3 Air Umpan Boiler 65

4.1.1.4 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi 68

4.1.2 Unit Pengadaan Steam 75

4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan 76

4.1.4 Unit Pengadaan Listrik 77

4.1.4.1 Listrik untuk keperluan proses dan utilitas 78

4.1.4.2 Listrik untuk Penerangan 79

4.1.4.3 Listrik untuk AC 81

4.1.4.4 Listrik untuk Laboratorium dan Instrumentasi 81

4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar 82

4.1.6 Unit Refrigerasi 84

4.2 Laboratorium 85

4.2.1 Laboratorium Fisik 87

4.2.2 Laboratoruim Analitik 87

4.2.3 Laboratoruim Penelitian dan Pengenbangan 87

4.3 Unit Pengolahan Limbah 88

4.3.1 Limbah Cair 88

(8)

5.3 Tugas 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

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan 102

5.4.1 Karyawan Non-Shift 102

5.4.2 Karyawan Shift 103

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah 105

5.5.1 Karyawan Tetap 105

5.5.2 Karyawan Harian 105

5.5.3 Karyawan Borongan 105

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji 105

5.6.1 Penggolongan Jabatan 105

5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji 106

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan 108

(9)

5.7.5 Pengobatan 109

5.7.6 Asuransi Tenaga Kerja (Astek) 109

5.8 Manajemen Perusahaan 109

5.8.1 Perencanaan Produksi 110

5.8.2 Pengendalian Produksi 111

BAB VI ANALISA EKONOMI 113

6.1 Penafsiran Harga Peralatan 118

6.2 Dasar Perhitungan 120

6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) 120

6.4 Hasil Perhitungan 122

6.4.1 Fixed Capital Invesment (FCI) 122

6.4.2 Working Capital Investment (WCI) 123

6.4.3 Total Capital Investment (TCI) 123

6.4.4 Direct Manufacturing Cost (DMC) 123

6.4.5 Indirect Manufacturing Cost (IMC) 124

6.4.6 Fixed Manufacturing Cost (FMC) 124

6.4.7 Total Manufacturing Cost (TMC) 124

6.4.8 General Expense (GE) 125

6.4.9 Total Production Cost (TPC) 125

(10)

Lampiran B Neraca Massa Lampiran C Neraca Panas

(11)

Tabel 2.1 Harga ∆Hof masing-masing komponen 16

Tabel 2.2 Harga ∆Gof masing-masing komponen 17

Tabel 2.3 Neraca Massa Overall 24

Tabel 2.4 Neraca Panas di mixer M-01 25

Tabel 2.5 Neraca Panas di cooler HE-01 25

Tabel 2.7 Neraca Panas di Reaktor 26

Tabel 2.8 Neraca Panas di Dekanter D-01 26

Tabel 2.10 Neraca Panas di Tangki Pencuci 27

Tabel 2.11 Neraca Panas di Dekanter D-02 27

Tabel 2.12 Neraca Panas di Mixer-02 28

Tabel 2.14 Neraca Panas di Tangki Netraliser 28

Tbael 3.1 Pipa Pemasukan dan Pengeluaran pada Reaktor 38

Tabel 4.1 Total Kebutuhan Air Tanah (make up) 70

Tabel 4.2 Kebutuhan Listrik Pabrik untuk proses dan utilitas 78

Tabel 4.3 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan 80

Tabel 4.4 Total Kebutuhan Listrik Pabrik 81

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift 104

Tabel 5.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatan 106

(12)

Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost 124

Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost 124

Tabel 6.7 General Expense 125

(13)

Gambar 2.1 Diagram Alir Proses 21

Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif 22

Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif 23

Gambar 2.4 Tata Letak Peralatan Proses 31

Gambar 2.5 Tata Letak Pabrik 32

Gambar 4.1 Diagram Alir Pengolahan Air Laut 64

Gambar 4.2 Diagram Alir Pengolahan Air Tanah 68

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Nitrogliserin 94

Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index 119

Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan 127

(14)

Sebelas Maret, Surakarta.

Nitrogliserin banyak digunakan dalam bidang kedokteran sebagai obat penghilang rasa nyeri, militer, dan pertambangan sebagai propelant. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dan adanya peluang ekspor yang masih terbuka, maka dirancang pabrik nitrogliserin proses Biazzi dengan kapasitas 10.000 ton / tahun dengan bahan baku gliserin dan asam campuran (asam nitrat dan asam sulfat). Pabrik direncanakan berdiri di kawasan industri Tasikmalaya, Jawa Barat pada tahun 2015.

Reaksi pembentukan nitrogliserin dari gliserin melalui proses nitrasi di mana gliserin akan dinitrasi dengan asam nitrat. Hasil reaksi adalah nitrogliserin dan air. Reaksi berlangsung dalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) pada suhu 15 °C dan tekanan 1 atm yang dilengkapi dengan koil pendingin dan sistem isolasi. Konversi untuk reaksi ini adalah 95%. Tahapan proses meliputi penyiapan bahan baku gliserin dan asam campuran (asam nitrat dan asam sulfat), pembentukan nitrogliserin dalam reaktor, dan pemurnian produk. Pemurnian produk dilakukan oleh dekanter, tangki pencuci dan netraliser.

Unit pendukung proses pabrik meliputi unit pengadaan air, steam, udara tekan, tenaga listrik, dan bahan bakar. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk serta bahan buangan pabrik bahan buangan pabrik berupa cairan dan gas. Limbah cair berasal dari hasil bawah decanter 1 dan hasil atas decanter 2, limbah ini dinetralkan dengan NaOH . Limbah gas yang berasal dari netraliser langsung dibuang langsung ke udara bebas .

Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas (PT), dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift.

Dari hasil analisis ekonomi diperoleh, ROI (Return on Investment) sebelum dan sesudah pajak sebesar 71,17 % dan 60,49 %, POT (Pay Out Time) sebelum dan sesudah pajak selama 1,27 dan 1,47 tahun, BEP (Break Event Point) 45,33 %, dan SDP 35,35 %. Sedangkan DCF (Discounted Cash Flow) sebesar 27,91 %. Jadi dari segi ekonomi pabrik tersebut layak untuk didirikan.

(15)

BAB I Pendahuluan ***

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada suatu negara yang sedang berkembang seperti Indonesia, sektor pembangunan di bidang industri merupakan suatu hal yang penting. Hal ini terbukti secara nyata dengan tumbuhnya berbagai macam industri, baik industri yang secara nyata menghasilkan produk untuk kebutuhan dalam negeri maupun untuk luar negeri (ekspor). Tumbuhnya suatu industri sudah tentu sangat membantu pemerintah, khususnya dalam hal ketenagakerjaan karena secara otomatis akan menurunkan tingginya angka pengangguran sehingga akan meningkatkan tingkat kesejahteraan hidup penduduk di sekitar wilayah industri pada khususnya dan masyarakat luas pada umumnya.

Mulai tahun 1973, Indonesia mulai mengembangkan industri strategis yang mencakup industri senjata, industri dirgantara dan industri perkapalan. Namun industri tersebut saat ini mulai mati suri seiring dengan kesulitan bahan baku dan tenaga ahli serta kurangnya minat dari intelektual terutama di bidang industri persenjataan itu sendiri. Industri senjata baik yang berupa propelan maupun yang berwujud senjata api merupakan industri yang cukup strategis untuk kepentingan pertahanan negara. Jika sewaktu-waktu negara dalam keadaan perang, maka senjata sudah siap dan dapat digunakan sewaktu-waktu

(16)

1,2,3 propanotriol merupakan zat kimia yang mempunyai rumus molekul C3H5N3O9, dapat dihasilkan melalui proses nitrasi gliserin pada kondisi

tertentu dengan menggunakan asam campuran berupa asam nitrat dan asam sulfat.

Nitrogliserin merupakan salah satu bahan dasar dari propelant dari jenis double base. Campuran nitrogliserin dan nitroselulosa merupakan bahan yang umum digunakan dalam industri bahan peledak. Selain itu nitrogliserin juga digunakan dalam ilmu kedokteran, yaitu sebagai obat pereda rasa sakit dan mengurangi frekusensi serangan jantung (angina

pectoris). Tablet nitrogliserin biasa larut di bawah lidah dalam 20 detik dan

meredakan rasa sakit dalam 3 menit (Zaidar, 2003).

Sampai saat ini kebutuhan bahan peledak masih diperoleh dari luar negeri termasuk nitrogliserin yang merupakan bahan dasar utama dalam pembuatan propelant jenis double base. Hal ini disebabkan karena di Indonesia belum ada pabrik yang memproduksi nitrogliserin. Dengan tersedianya bahan baku pembuatan nitrogliserin di dalam negeri, maka perlu untuk melakukan studi pembuatan nitrogliserin dan pendirian pabrik nitrogliserin dengan memanfaatkan sumber daya yang ada di dalam negeri, yang bertujuan unutk membantu pemerintah dalam memecahkan masalah ketergantungan dari luar negeri dalam pemenuhan kebutuhan bahan baku tersebut. Di sisi lain juga membantu industri itu sendiri di dalam pengembangan diri dalam berproduksi.

(17)

Dalam penentuan kapasitas rancangan pabrik diperlukan beberapa pertimbangan yaitu kebutuhan produk, ketersediaan bahan baku, dan kapasitas rancangan minimum. Pada prarancangan pabrik nitrogliserin ini direncanakan berdiri pada tahun 2015, berkapasitas 10.000 ton/tahun, dengan pertimbangan sebagai berikut :

1. Pabrik nitrogliserin di dunia saat ini memiliki kapasitas produksi antara 6.500-15.000 ton/tahun. (Lihat data pada tabel 1.2)

2. Kebutuhan dunia akan nitrogliserin semakin besar sehingga perlu didirikan plan baru.

1.2.1 Kebutuhan Nitrogliserin

Berdasarkan data Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia Impor, kebutuhan nitrogliserin di Indonesia cukup besar. Tabel 1.1 menyajikan data impor nitrogliserin di Indonesia dari tahun 1997-2004 Tabel 1.1 Data impor Nitrogliserin di Indonesian tahun 1997-2004

Tahun Impor (kg/tahun)

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 6160 3694 3745 6030 6442 5597 5550 6077

(18)

mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan kebutuhan nitrogliserin di bidang militer dan medis.

Dari data impor tabel 1.1 diatas, kemudian dilakukan regresi linier untuk mendapatkan tren kenaikan impor nitrogliserin dan untuk memperkirakan impor nitrogliserin pada tahun 2015 di Indonesia. Data impor dan regresi linier untuk data impor ditunjukkan dalam gambar 1.1.

impor = 174,61.tahun + 4626,1 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 10 0 2 4 6 8 tahun ke kapasitas

Gambar 1.1 Grafik hubungan antara tahun dan impor Nitrogliserin Kenaikan impor nitrogliserin sesuai dengan persamaan garis lurus :

Impor = 174,61.tahun + 4626,1 . Dari persamaan tersebut dapat dihitung besarnya impor nitrogliserin pada tahun 2015 adalah sebesar 7943,69 ton/tahun, sehingga perancangan pabrik ini berkapasitas 10.000 ton/tahun, kelebihan kapasitas produksi direncanakan akan diekspor

(19)

Bahan baku utama pembuatan Nitrogliserin adalah Gliserin dan asam nitrat. Kebutuhan Gliserin dapat dipenuhi dari PT Dover Chemical, Serang Jawa Barat yang berkapasitas 50.000 ton/tahun. Asam sulfat diperoleh dari PT Kanindo Success Chemical, Jakarta yang berkapasitas 48.000 ton/tahun. Asam Nitrat diperoleh dengan impor dari India melalui Pelabuhan Tanjung Priok.

1.2.3 Kapasitas Minimum Pabrik Nitrogliserin

Kapasitas rancangan minimum pabrik nitrogliserin dapat diketahui dari data kapasitas pabrik nitrogliserin yang telah berdiri pada tabel 1.2.

Tabel 1.2 Daftar pabrik produsen nitrogliserin di dunia

Nama Perusahaan Lokasi

Kapasitas ton/th

Biazzi SA Swiss 15.000

Biazzi SA Italia 6.500

Akzo Nobel Afrika Selatan 8.000

Akzo Nobel Italia 9.500

Copperhead Chemical Amerika 10.000

Akzo Nobel Swedia 12.500

Total 61.500

Rata - rata 10.250 (www.wikipedia.org) Berdasarkan tabel 1.2, kapasitas pabrik nitrogliserin di dunia berkisar 6.500-15.000 ton/tahun, kapasitas rancangan minimum pabrik

(20)

pemilihan kapasitas 10.000 ton/tahun masih layak karena masih dalam kisaran kapasitas pabrik yang telah beroperasi di dunia.

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik

Penentuan lokasi pabrik yang tepat, ekonomis, dan menguntungkan dipengaruhi oleh banyak faktor. Idealnya, lokasi yang dipilih harus dapat memberikan kemungkinan memperluas atau memperbesar pabrik dan memberikan keuntungan untuk jangka panjang. Lokasi pabrik yang dipilih adalah daerah kawasan industri Tasikmalaya, dengan mempertimbangkan faktor-faktor sebagai berikut :

1.3.1 Faktor Primer 1.3.1.1 Bahan Baku

Lokasi bahan baku sangat mempengaruhi kelangsungan hidup suatu pabrik. Lokasi pabrik harus dekat dengan sumber bahan baku. Bahan baku utama yaitu Gliserol diperoleh dari PT Dover Chemical, Serang Jawa Barat. Asam sulfat diperoleh dari PT Kanindo Success Chemical, Jakarta, sedang Asam Nitrat diperoleh dengan impor dari India yang didatangkan melalui Pelabuhan Tanjung Priok.

1.3.1.2 Pemasaran

Pemasaran produk sebagian besar untuk mencukupi kebutuhan impor dalam negeri dengan prioritas utama pemasaran nitrogliserin antara lain bahan peledak, bidang militer, dan bidang kedokteran dan sebagian lagi untuk tujuan ekspor ke negara lain.

(21)

sebagai pabrik pembuat dinamit dan bahan peledak lain. 1.3.1.3 Utilitas

Utilitas yang dibutuhkan adalah keperluan tenaga listrik, air dan bahan bakar. Kebutuhan tenaga listrik sudah tersedia karena merupakan kawasan industri. Kebutuhan air dapat diambil dari air laut karena dekat dengan laut. Kebutuhan bahan bakar dapat diperoleh dari Pertamina dan distributornya sebagai pemasok bahan bakar solar.

1.3.1.4 Tenaga Kerja

Jawa berpenduduk padat sehingga penyediaan tenaga kerja kasar, menengah, dan ahli dapat terpenuhi dari masyarakat sekitar.

1.3.1.5 Transportasi dan Telekomunikasi

Lokasi pabrik dekat dengan pelabuhan Cilacap sehingga mempermudah pemasokan bahan baku dan pemasaran produk baik untuk dalam negeri maupun luar negeri (ekspor). Transportasi lewat darat juga dapat dilakukan dengan mudah. Telekomunikasi di Jawa sangat baik dan berjalan dengan lancar.

1.3.2 Faktor Sekunder 1.3.2.1 Buangan Pabrik

Buangan air pendingin yang berasal dari air laut dan air tanah bisa dialirkan kembali ke laut. Sedangkan limbah cair yang mengandung larutan kimia yang berasal dari dekanter-01 dan dekanter-02 diolah terlebih dahulu di WWTP (Waste Water Treatment Plant) sebelum dialirkan ke pembuangan.

(22)

Tasikmalaya Jawa Barat merupakan kawasan industri dan berada dalam teritorial negara Indonesia, sehingga kebijakan pemerintah dalam hal perijinan, lingkungan masyarakat sekitar, faktor sosial dan perluasan pabrik memungkinkan untuk berdirinya pabrik nitrogliserin.

1.3.2.3 Tanah dan Iklim

Penentuan suatu kawasan industri terkait dengan masalah tanah, yaitu tidak rawan terhadap bahaya tanah longsor, gempa maupun banjir, jadi pemilihan lokasi pendirian pabrik di kawasan industri Tasikmalaya tepat, walaupun masih diperlukan kajian lebih lanjut tentang masalah tanah sebelum pabrik didirikan. Kondisi iklim di Tasikmalaya seperti iklim di Indonesia pada umumnya dan tidak membawa pengaruh yang besar terhadap jalannya proses produksi.

1.3.2.4 Keadaan Masyarakat

Masyarakat Jawa merupakan campuran dari berbagai suku bangsa yang hidup saling berdampingan. Pembangunan pabrik di lokasi tersebut dipastikan akan mendapat sambutan baik dan dukungan dari masyarakat setempat, dan dapat meningkatkan taraf hidup masyarakat.

1.4 Tinjauan Pustaka

Nitrogliserin (glycerine trinitrate) ditemukan oleh Sobrero pada tahun 1847. Nitroglycerin diproduksi secara besar-besaran pada tahun 1863, tetapi pada tahun 1866 dilarang untuk digunakan di beberapa negara. Pelarangan ini dapat diatasi oleh Alfred Nobel dengan adanya

(23)

dalam bentuk dinamit lebih aman.

Nitrogliserin pada suhu biasa (suhu kamar) merupakan cairan tak berwarna. Nitrogliserin mudah larut dalam aceton, ethilene dichlorid, ethil

eter, glacial acetic acid, nitrobenzene, chloroform dan metanol. Tetapi

hanya sedikit larut dalam ethyl alkohol, propil alkohol, isopropil alkohol dan amyl alkohol.

Proses pembuatan nitrogliserin yaitu nitrasi antara gliserin dan asam nitrat di dalam asam campuran yang terdiri dari asam nitrat (HNO3)

dan asam sulfat (H2SO4). Asam sulfat berguna untuk membuat ion nitric

dan menyerap air yang terbentuk selama reaksi berlangsung. Karena reaksinya berlangsung secara eksotermis, maka untuk mempertahankan suhu reaksi panas yang timbul harus secepatnya dihilangkan. Reaksi yang terjadi pada proses pembuatan Nitrogliserin adalah sebagai berikut :

C3H8O3 + 3 HNO3 2 4 C H SO

⎯⎯⎯→ 3H5O9 + 3 H2O

(Technical Manual : Military Explosive,1984) 1.4.1 Macam-Macam Proses Pembuatan Nitrogliserin

a. Proses Batch

Pada proses batch, gliserol dengan kadar tinggi dilarutkan dalam larutan asam campuran yang terdiri dari 45-50% asam nitrat dan 50-55% asam sulfat.

Sebanyak 6800 lb asam campuran digunakan untuk mereaksikan gliserol dalam tangki yang dilengkapi dengan pengaduk. Perbandingan berat antara asam dengan gliserol sebanyak 5,5 – 6,5. Jika gliserol terlalu

(24)

Temperatur dijaga 10-20oC. Pengadukan dilakukan antara 50-60 menit. Setelah itu produk dipisahkan, dimana lapisan bawah yang berupa asam bekas dibuang dan bagian atas yang berupa nitrogliserin diambil untuk dinetralkan. Larutan 2-3% soda abu digunakan untuk menetralkan asam yang mungkin masih tersisa dalam nitrogliserin. Selanjutnya produk dicuci dengan air sampai air bebas alkali dan nitrogliserin netral. Konversi yang bisa diperoleh adalah 95 % (Technical Manual : Military Explosive, 1984).

b. Proses kontinyu 1. Proses Biazzi

Proses Biazzi merupakan proses pembuatan Nitrogliserin yang paling banyak digunakan. Hal ini dikarenakan proses ini memiliki tingkat keamanan yang cukup baik, karena emulsi terdiri dari 3 bagian air dan nitrogliserin. Temperatur dijaga 10-20oC. Konversi yang dihasilkan 95%.

Umpan asam campuran dengan perbandingan tertentu dimasukkan bersama gliserin ke dalam tangki nitrator. Karena adanya pengadukan, maka reaktan akan turun ke bawah dan terbawa turun melalui ruang tengah yang dibentuk oleh koil. Campuran kemudian naik kembali karena pusaran dan sebagian terbawa oleh aliran pipa menuju separator. Aliran campuran yang telah melalui koil, berlawanan arah dengan aliran garam pendingin yang disirkulasikan melalui koil. Karena pengaturan tersebut menjadikan rekasi berlangsung dengan cepat dan penyerapan panas juga berlangsung dengan cepat.

(25)

menujuseparator berikutnya, dimana produk nitrasi akan di-recover. Pada pemisahan, produk nitrasi akan secara kontinyu dialirkan dari separator pertama menuju tangki pencuci yang dilengkapi dengan impeller dan baffle. Air secara kontinyu ditambahkan ke dalamnya dan campuran mengalir ke separator selanjutnya. Produk nitrasi akan keluar dari bagian bawah separator dan dilakukan pencucian kedua dengan larutan soda ash. Jika produk nitrasi yang diinginkan dalam kemurnian tinggi, maka emulsi dari pencucian kedua, bersama dengan larutan soda ash, dikonduksikan dengan air pencuci secara berlawanan arah. Kemudian emulsi dilewatkan separator-separator yang disusun seri dan kemudian ditampung dalam tangki penyimpanan (Technical Manual : Military Explosive, 1984).

2. Proses Nobel

Proses ini terdiri dari injector nitrator dan separator sentrifugal untuk memisahkan nitrogliserin dari asam keluar. Asam campuran yang digunakan dalam proses ini sekitar 1,7 bagian asam keluar dan satu bagian konvensional, 50% asam nitrat dan 50 asam sulfat. Campuran ini terdiri 27% asam nitrat dan 10% air.

Gliserin mengalir ke dalam tangki injector dikontrol oleh asam melalui injector proses ini. Dan yang paling tidak disukai dari proses ini adalah proses berlangsung pada suhu tinggi, sekitar 45-50oC. Dalam injector panas reaksi menjaga temperatur fluida 45-50oC. Kontrol otomatis atau shutdown operasi akan dilakukan jika temperatur naik beberapa

(26)

pendinginan segera setelah meninggalkan injektor. Temperatur 45-50oC dijaga hanya untuk sekitar setengah detik. Selanjutnya selama 80-90 menit, campuran didinginkan hingga 15oC. Untuk selanjutnya selama 30 menit nitrogliserin dipisahkan dari asam keluar. Separator sentrifugal kontinyu bertugas memisahkan nitrogliserin dari asam keluar. Alat ini beroperasi pada 3200 rpm. Untuk unit dengan kapasitas 25000 liter per jam, jumlah nitrogliserin pada separator selama operasi hanya 3,5 kg (Technical Manual : Military Explosive, 1984).

1.4.1.1 Alasan Pemilihan Proses

Dari beberapa macam proses pembuatan nitrogliserin, masing-masing terdapat kekurangan dan kelebihan masing-masing. Beberapa kelebihan proses kontinyu bila dibandingkan dengan proses batch :

• Produksi lebih cepat

• Skala produksi lebih besar.

• Kotrol proses lebih baik

• Biaya karyawan (labor) lebih rendah

• Lebih aman.

Sedangkan pada proses kontinyu sendiri ada 2 macam proses yaitu Proses Biazzi dan Proses Nobel, di mana masing-masing proses juga mempunyai kekurangan dan kelebihan. Pada proses Biazzi lebih banyak dipakai karena lebih aman karena suhu yang digunakan selama proses baik di reaktor maupun pada unit pemurniannya adalah rendah, antara 10-20oC. Konversi yang dihasilkan lebih besar yaitu 95%. Pada proses Nobel kurang disukai

(27)

50oC. Sedangkan pada proses pemurnian produk digunakan suhu 15 oC. Konversi yang diperoleh juga kecil, bisa dilihat pada uraian di atas bahwa untuk unit dengan kapasitas 25000 liter per jam, jumlah nitrogliserin pada separator selama operasi hanya 3,5 kg.

1.4.2 Kegunaan Produk

Kegunaan Nitrogliserin yaitu:

o Bahan dasar pembuatan propelant

o Obat pereda rasa sakit dan mengurangi serangan jantung (angina

pectoris)

o Obat sakit pada hati.

o Bahan peledak pada pertambangan.

1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku, Bahan Pembantu dan Produk Reaksi 1.4.3.1 Bahan Baku

• Gliserol Sifat Fisis :

Rumus Molekul : C3H8O3

Berat Molekul : 92,09 kg/kgmol

Fase Penyimpanan : cair

Titik Didih (1 atm) : 290oC Titik Lebur(1 atm) : 17,9oC Densitas pada 0o

C, 1atm : 0,815 g/cm3

Panas pembentukan (25 o

C) : -582,8 kJ/mol

Energi Bebas pembentukan (25 o

(28)

 Jika direaksikan denga Sodium Acetate akan menghasilkan Triacetin dan Acetic Anhydrid

Jika direaksikan dengan K2Cr2O dengan bantuan H2SO4 akan

teroksidasi sempurna menghasilkan CO2 dan H2O.

Jika direaksikan dengan HNO3 dengan bantuan H2SO4 akan

menghasilkan Nitrogliserin dan air. • Asam Nitrat

Sifat Fisis :

Rumus Molekul : HNO3

Berat molekul : 63,02 kg/kgmol

Bentuk : cair

Warna : tidak berwarna

Titik Didih (1 atm) : 78oC

Titik Beku (1 atm) : -42oC

Densitas pada 20o C, 1atm : 1,504 g/cm3 Viskositas (25 o C) : 0,761 cp Panas pembentukan (25 o C) : -131,38 kJ/mol Panas pencampuran (25 o C) : 10,48 kJ/mol

Energi Bebas pembentukan (25 o

(29)

Asam nitrat merupakan senyawa yang sangat berperan dalam proses nitrasi, yaitu sebagai nitrating agent. Komponen-komponen yang dinitrasi antara lain:

Benzene

Baik dengan bantuan asam sulfat ataupun tidak. Reaksinya : C6H6 + HNO3 2 4 C H SO ⎯⎯⎯→ 6H6NO2 + H2O C6H6 + HNO3 ⎯⎯→ C6H6NO2 + H2O Acetylene HC=CH + 6 HNO3 ⎯⎯→(NO2)4C + CO2 + 4 H2O + 2 NO Gliserol C3H8O3 + 3 HNO3 2 4 C H SO ⎯⎯⎯→ 3H5N3O9 + 3 H2O 1.4.3.2 Bahan Pembantu • Asam Sulfat Sifat Fisis : Rumus Molekul : H2SO4

Berat molekul : 98 kg/kgmol Fase penyimpanan : cair campuran

Warna : kecoklatan

Densitas (0o

C, 1 atm) : 1,0074 g/cm3

Kemurnian : 98% wt

(30)

Sifat Kimia (Fessenden, 1997) :

Dengan basa membentuk garam dan air

Dengan garam membentuk garam dan asam lain

Merupakan elektrolit kuat, asam kuat, mempunyai senyawa kovalen Sempurna mengion menjadi H+

dan HSO4 – • Natrium Karbonat Sifat Fisis : Rumus Molekul : Na2CO3 Berat molekul : 106 Titik Lebur : 851 oC  Spesific Gravity (30 o C) : 2,533 g/cm3 Kelarutan (40 o C) : 49, 7 gr /100 gr Penampakan : serbuk putih Sifat Kimia (Fessenden, 1997) :

SiO2 + Na2CO3 ⎯⎯→ NaO + SiO2 + CO2

Na2CO3 + Ca(OH)2⎯⎯→ 2 NaOH + CaCO3

Na2CO3 + CaCl2 ⎯⎯→ CaCO3 + 2 NaCl

• Aseton

Sifat Fisis (Kirk & Othmer, 1999) : Rumus Molekul : (CH3)2CO

(31)

Titik didih : 56,29 oC Titik beku : -94,6 oC Viskositas (20 o

C) : 0,32 cp

Sifat Kimia (Kirk & Othmer, 1999) :

Dengan proses dehidrogenasi membentuk isopropil alkohol. Reaksi :

CH3COCH3 + H2 ⎯⎯→ CH3CHOCH3

Dengan proses pirolisa akan membentuk etena. Reaksi :

CH3COCH3 ⎯⎯→ HCH=C=O + CH4

Aseton dapat dikondensasi dengan asetilen membentuk 2 metil 3 butynediol, suatu intermediate unutk isoprene.

Reaksi : CH3OCH3 + C2H2 ⎯⎯→CH3C(CH3)2CCH3 1.4.3.3 Produk Reaksi • Nitrogliserin Sifat Fisis : Rumus Molekul : C3H5N3O9

Berat Molekul : 227,09 kg/kgmol

(32)

Titik Didih (1 atm) : 160oC Titik Lebur(1 atm) : 13,3oC  Spesific Grafity (15o

C) : 1,601

Panas pembentukan (25 o

C) : -270,9 kJ/mol Energi Bebas pembentukan (25 o

C) : -97,9 kJ/mol Sifat Kimia :

Pada suhu 60 o

C nitrogliserin akan terdekomposisi dengan reaksi dekomposisi sebagai berikut :

2C3H5N3O9 ⎯⎯→3CO + 2CO2 + 6NO + 4H2O + H2CO

(Kirk & Othmer,1999) Nitrogliserin sedikit larut dalam air, tidak larut dalam CO2, akan

tetapi mudah larut dalam kebanyakan pelarut organic, seperti methanol, etanol, aseton, dietil eter, kloroform, toluene, dan lain-lain. Dalam larutan alkali terutama alkali etanolat, nitrogliserin dapat

terhidrolisis menjadi gliserol dan garam nitrat.

C3H5N3O9 + 3KOH ⎯⎯→C3H8O3 + 3KNO3 (Zaidar, 2003)

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum

Reaksi Nitrasi adalah proses terjadinya reaksikimia yang menjamin masuknya satu atau lebih gugus –NO2 ke dalam suatu molekul,

yang reaktannya merupakan senyawa-senyawa organik. Reaksi nitrasi merupakan reaksi yang penting dalam industri kimia organik sintesis karena menghasilkan pelarut, zat warna, zat yang mudah meledak, farmasi

(33)

seperti amin.

Reaksi nitrasi berlangsung dengan penggantian satu atau lebih gugus nitro (–NO2) menjadi molekul yang reaktif. Gugus nitro akan

menyerang Carbon membentuk Nitroaromatik atau Nitroparafin. Jika menyerang Nitrogen membentuk Nitramin dan bila menyerang Oksigen membentuk Nitrat Ester. Pada proses nitrasi, masuknya gugus –NO2 ke

dalam senyawa dapat terjadi dengan menggantikan kedudukan beberapa atom atau gugus yang ada dalam senyawa. Umumnya nitrasi gugus –NO2

menggantikan atom H.

Reaksi nitrasi senyawa-senyawa aromatik dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut :

ArH + HNO3 ⎯⎯→ ArNO2 + H2O

Nitrating Agent merupakan reaktan elektrofilik, reaksi akan

terjadi pada atom karbon dari cincin aromatik yang mempunyai densitas elektron terbesar. Reaksi nitrasi lebih sering dilakukan dengan menggunakan asam campuran yaitu asam nitrat dan asam sulfat. Asam sulfat merupakan katalis dalam reaksi nitrasi ini. Dengan adanya asam sulfat tersebut berfungsi sebagai dehydrating agent (penyerap air yang terbentuk dalam reaksi), mencegah reaksi balik dari produk, dan sebagai media asam di mana terjadi disosiasi asam nitrat menjadi spesies yang reaktif yaitu NO2+(Groggins, 1954).

Nitrogliserin diproduksi dari bahan baku gliserol dan asam nitrat dengan bantuan asam sulfat . Nitrasi gliserol menjadi nitrogliserin dengan

(34)

sehingga reaktor yang digunakan adalah isothermal-non adiabatic

continuous stirred tank reactor. Suhu reaksi adalah 15 oC dan tekanan operasi adalah 1 atm.

Asam nitrat dicampur terlebih dahulu dengan asam nitrat sebelum direaksikan dengan gliserol untuk mempercepat disosiasi (pemecahan) asam nitrat menjadi ion nitrit (NO2+).

Reaksi :

CH3(OH)3 + 3 HNO3 ⎯⎯⎯→H SO2 4 C3H5(ONO2)3 + 3 H2O

(35)

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku

♦ Gliserol

− Rumus Molekul : C3H8O3

− Berat Molekul : 92,09 kg/kgmol

− Fase Penyimpanan : cair − Titik Didih (1 atm) : 290oC − Titik Lebur(1 atm) : 17,9oC − Densitas pada 0oC, 1atm : 0,815 g/cm3

− Kemurnian : 99,8 % berat

− Impuritas : H2O (0,2% berat) − Kelarutan dalam air : tak terhingga

♦ Asam Nitrat

− Rumus Molekul : HNO3

− Fase Penyimpanan : cairan

Warna : tidak berwarna

− Titik Didih (1 atm) : 78oC − Titik Beku (1 atm) : -42oC − Densitas pada 20oC, 1atm : 1,504 g/cm3 −

(36)

− Viskositas (25 oC) : 0,761 cp

− Kemurnian : 97 % berat

− Impuritas : H2O (3% berat) − Kelarutan dalam air : tak terhingga

♦ Asam Sulfat

− Rumus Molekul : H2SO4

− Fase Penyimpanan : cairan

− Warna : tidak berwarna

− Titik Didih (1 atm) : 340 oC − Titik Lebur(1 atm) : 10,4 C o

o 3

o

− Impuritas : H O (2% berat)

− Kelarutan dalam air : tak terhingga 2.1.2. Spesifikasi Produk

♦ Nitrogliserin

− Rumus Molekul : C3H5N3O9

− Berat Molekul : 227,09 kg/kgmol − Fase Penyimpanan : cairan

− Warna : tak berwarna

− Titik Didih (1 atm) : 160 C − Densitas pada 20 C, 1atm : 1,84 g/cm − Viskositas (25 C) : 0,45 cp

2

o

(37)

− Titik Lebur(1 atm) : 13,3oC − Spesific Grafity (15oC) : 1,601

− Impuritas : 1 % berat

− Kelarutan dalam air : 0,18 gr per 1 liter pada suhu 15oC 2.2. Konsep Proses

2.2.1. Mekanisme Reaksi

Reaksi yang terjadi pada proses pembuatan nitrogliserin merupakan jenis reaksi nitrasi. Adapun reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Mekanisme reaksinya analog seperti pada nitrasi nitrobenzen, sebagai berikut : 3HNO3 + 6 H2SO4 ←⎯→3 NO2+ + 3H3O+ + 6 HSO4— + 3 NO2+ ⎯⎯⎯→lambat + 3 HSO4— ⎯⎯⎯cepat→ + 3 H2SO4 3H3O+ + 3 HSO4— ←⎯→ 3 H2SO4 + 3 H2O H2- C- OH H - C- OH H2- C- OH H2- C- OHNO2 H - C- OHNO2 H2- C- OHNO2 H2- C- OHNO2 H - C- OHNO2 H2- C- OHNO2 H2- C- ONO2 H - C- ONO2 H2- C- ONO2 + 3HNO3 ⎯⎯⎯→H SO2 4 + 3 H2O H2- C- ONO2 H - C- ONO2 H2- C- ONO2 H2- C- OH H - C- OH H2- C- OH (Groggins, 1954)

(38)

Pada proses pembuatan nitrogliserin safety (keamanan) merupakan hal yang paling utama. Hal ini mengingat sifat dasar nitrogliserin yang mudah meledak. Sehingga pada prarancangan pabrik ini digunakan proses Biazzi. Hal ini dikarenakan proses ini berlangsung pada suhu rendah (15oC) baik pada reaktor maupun proses pemisahannya.

2.2.2. Kondisi Operasi

Pembuatan nitrogliserin dari gliserin dan asam nitrat dilakukan dalam reaktor Alir Tangki Berpengaduk dengan suhu 15 o_{C dan tekanan 1 atm. Reaksi}

berlangsung secara eksotermis, sehingga membutuhkan pendingin. Konversi pembentukan nitrogliserin adalah 95%.

2.3. Tinjauan Kinetika

Proses nitrasi gliserin menjadi nitrogliserin merupakan reaksi eksotermis.

Reaksi yang terjadi :

A + 3B C + 3D -rA = k CA.CB3

Reaksi dijalankan pada konsentrasi asam nitrat (B) berlebih/excess 14,46% sehingga CB dapat dianggap konstan. Persamaan reaksi dapat dituliskan

sebagai berikut : -rA = k’. CA

Dengan k’= k. CB

(39)

2.4. Tinjauan Termodinamika

Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan eksotermis atau endotermis maka diperlukan perhitungan panas pembentukan standar (∆Hfo)

pada 1 atm dan 298oK.

Tabel 2.1 Harga ∆Hof masing-masing komponen Komponen Harga ∆Hof (Kj/mol)

Gliserol (C3H8O3) -582,800

Asam nitrat (HNO3) -131,380

NItrogliserin (C3H5N3O9) -270,900

Air (H2O) -241,814

(Yaws, 1999) Pada proses pembentukan nitrogliserin terjadi reaksi sebagai berikut :

C3H8O3 + 3 HNO3 ←⎯ →H2SO⎯⎯4 C3H5N3O9 + 3 H2O

∆Hof298 = ∆Hofproduk – ∆Hofreaktan

= (∆Hof C3H5N3O9 +3.∆Hof H2O) − (∆Hof C3H8O3 +3.∆Hof HNO3)

= [(-270,900+3(−241,814)) – (-582,800+ 3(-131,380)] = -19,402 kJ/mol

Karena harga ∆H298 negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

Harga ∆Gof masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabel 2.2 sebagai berikut :

(40)

Tabel 2.2 Harga ∆Gof masing-masing komponen Komponen Harga ∆Gof (Kj/mol)

Gliserol (C3H8O3) -448,490

Asam nitrat (HNO3) -74,700

NItrogliserin (C3H5N3O9) -97,900

Air (H2O) -288,590

(Yaws, 1999) Bila ditinjau dari energi bebas Gibbs diperoleh :

∆Go_{f298 = ∆G}o_{fproduk – ∆G}o_freaktan = (∆Gof C3H5N3O9 +3.∆Gof H2O) − (∆Gof C3H8O3 +3.∆Gof HNO3) = [(-97,900+3(-288,590)) – (-448,490+ 3(-74,700)] = - 291,080 kJ/mol ln Ko = - RT ∆G = - 291080 / 8,314 / . .298 kJ kmol kJ kmol K K − Ko = 1,0556 x 1051 Ko K ln =− _⎢⎣⎡ − _⎥⎦⎤ To 1 T 1 R ∆Ho

(Smith & VanNess, 1987) Dengan K = konsanta kesetimbangan pada suhu tertentu

T = suhu tertentu

∆Hf = panas reaksi standar pada 298,15 K

Sedangkan harga ∆Hof masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Pada suhu 15 oC (288,15 K) besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut :

(41)

Ko K ln = − _⎢⎣⎡ − _⎥⎦⎤ To 1 T 1 R ∆Ho 51 K ln 1,0556.10 19402 kJ/kmol 1 1 8,314 kJ/kmol.K 288,15K 298,15K ⎡ ⎤ = _⎢ − _⎥ ⎣ ⎦ K = 2,8674 x 1050 kJ/kmol

Karena harga K= k1/k2 besar, berarti harga k2 jauh lebih kecil bila

dibandingkan dengan harga k1 sehingga k2 diabaikan terhadap k1 dan reaksi

dianggap berjalan satu arah (irreversible).

2.5. Langkah Proses

Secara garis besar, langkah proses pembuatan Nitrogliserin dapat dibagi menjadi 3 tahap utama :

1. Tahap penyiapan bahan baku 2. Tahap reaksi

3. Tahap pemurnian produk

2.5.1. Tahap Penyiapan Bahan Baku

Pada tahap ini bertujuan untuk menyiapkan Gliserin dan asam campuran yang berupa campuran asam nitrat dan asam sulfat sebelum direaksikan dalam reaktor. Bahan baku gliserin diperoleh dipasaran dengan kemurnian sekitar 99.8 %.

Tahap penyiapan bahan baku meliputi :

1. Asam sulfat dan asam nitrat dari tangki penyimpan (T-01 dan T-02) dialirkan menuju mixer 1 (M-01) untuk dilakukan pencampuran. Hal ini

(42)

dilakukan untuk mendapatkan larutan asam campuran dan untuk memecah asam nitrat menjadi ion nitrit. Adapun perbandingan berat yang dipakai untuk mendapatkan larutan asam campuran adalah berat asam sulfat : berat asam nitrat = 60:40 (Technical Manual : Military Explosive, 1984).

2. Mengalirkan gliserol dari tangki penyimpan (T-03) dan larutan asam campuran dari mixer 1 (M-01) ke dalam reaktor dengan terlebih dahulu didinginkan dengan pendingin (HE-01 dan HE-02) sampai suhu operasi reaktor pada15o_{C. Media pendingin yang digunakan pada HE adalah} cooling brine yang berupa 30 % CaCl2 dengan pertimbangan bahwa cooling brine bisa untuk pendinginan sampai suhu rendah (sub nol). Range

suhu untuk pendinginan cooling brine CaCl2 : -40 s/d 20 oC (Kern, 1950). 2.5.2. Tahap Reaksi Nitrasi Pembentukan Nitrogliserin

Adapun reaksi yang terjadi di reaktor adalah :

Konversi di reaktor adalah 95 % dan reaksi berlangsung pada suhu 15oC dan tekanan 1 atm. Reaktor menggunakan pendingin koil dengan media pendingin cooling brine 30 % CaCl2 . Reaktor juga dilengkapi dengan

isolasi jenis polyurethane untuk menjaga suhu di dinding reaktor dan mencegah panas masuk dari udara.

2.5.3. Tahap Pemurnian Produk

Nitrogliserin hasil reaksi, gliserin sisa, air dan asam bekas keluar dari reaktor menuju dekanter D-01 untuk dipisahkan dari asam bekas berdasarkan kelarutan dan perbedaan densitas. Nitrogliserin mempunyai

(43)

BAB II Desskripsi Proses ***

densitas lebih ringan berada di lapisan atas dipompa menuju tangki pencuci TP untuk dicuci dengan air yang sebelumnya telah didinginkan dengan HE-04 (media pendingin adalah cooling brine). Asam bekas dalam dekanter D-01 mempunyai densitas lebih besar berada pada lapisan bawah, dipompa menuju unit pengolahan limbah.

Nitrogliserin dari tangki pencuci TP dipompa menuju dekanter D-02 untuk dipisahkan. Nitrogliserin berada pada lapisan bawah dipompa menuju tangki netralisasi TN untuk dinetralkan dengan larutan natrium karbonat. Natrium karbonat dilarukan dengan air di mixer M-02 hingga konsentrasi 5% berat. Sebelum digunakan di tangki netralisasi didinginkan dengan HE-04 (media pendingin yang digunakan adalah cooling brine). Dari tangki netralisasi, nitrogliserin dialirkan ke tangki penyimpanan, kemudian menuju unit packaging. Pada unit packaging, Nitrogliserin dicampur dengan aseton dengan perbandingan 30 % berat aseton dan 70 % berat Nitrogliserin. Masing-masing alat pada pemurnian produk dilengkapi dengan isolasi jenis polyurethane untuk menjaga pada suhu 15 oC.

2.6. Diagram alir

2.6.1. Diagram Alir Proses (dapat dilihat di halaman berikutnya) 2.6.2. Diagram Alir Kualitatif (dapat dilihat di halaman berikutnya) 2.6.3. Diagram Alir Kuantitatif (dapat dilihat di halaman berikutnya)

(44)

Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif

(45)

Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif (kg/jam

(46)

Nomor Arus (kg/jam) No Komponen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 H2SO4 1283.1725 1924.7587 1924.7587 1905.5112 19.2475 19.2475 19.0549 0.1927 2 HNO3 1924.7587 1283.1725 240.4125 238.0084 2.4041 2.4041 2.3801 0.0240 3 C3H8O3 534.6552 26.7328 26.4656 0.2672 0.2672 0.2647 0.0027 0.0027 4 CO2 0.0948 5 H2O 39.2808 39.6859 78.9667 1.0713 378.2051 374.4232 3.7821 657.5659 661.3480 654.7346 6.6134 4.6279 0.0047 4.6232 11.2802 6 C3H5N3O9 1252.5145 0.5170 1251.9975 1251.9975 0.9035 1251.0943 1251.0943 7 Na2CO3 0.2282 0.2282 8 Na2SO4 0.2788 9 NaNO3 0.0324 Jumlah 1964.0395 1322.8584 3286.8979 535.7265 3822.6236 2544.9254 1277.6984 657.5659 1935.2643 677.3378 1257.9271 0.0948 4.8561 0.2329 4.6232 1262.6884

Gambar Diagram Alir Proses Pembuatan Glycerin Trinitrate dari Gliserin dan Asam Nitrat

Instrument :

FIC : Flow Indicator Controller LIC : Level Indicator Controller LI : Level Indicator TIC : Temperature Indicator Controller ILIC : Interface Level Indicator Controller

: Nomor Arus

: Suhu, °C

(47)

2.7 Neraca Massa dan Neraca Panas

Produk : Nitrogliserin 99 %

Kapasitas perancangan : 10.000 ton/tahun Waktu operasi selama 1 tahun : 330 hari

Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam 2.7.1 Neraca Massa

Diagram alir neraca massa sistem tabel

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kg

Tabel 2.3 Neraca Massa Overall

input output Komponen Arus 1 Arus 2 Arus 4 Arus 8 Arus 14 Arus 15 Arus 6 Arus 10 Arus 12 Arus 16 H2SO4 1924,7587 1905,5111 19,0551 HNO3 1283,1725 238,0084 2,3801 C3H8O3 534,6552 26,4655 0,2647 0,0027 CO2 0,0948 H2O 39,2808 39,6859 1,0713 657,5712 0,0047 4,6232 374,4238 654,7397 11,2802 C3H8N3O9 0,5167 0,9035 1251,0943 Na2CO3 0,2282 Na2SO4 0,2788 NaNO3 0,0324 1964,0395 1322,8584 535,7265 657,5712 0,2329 4,6232 2544,9248 677,3431 0,0948 1262,6884 Total 4485,0517 4485,0518

(48)

2.7.2 Neraca Panas

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kJ

2.7.2.1 Neraca panas di Mixer – 01

Tabel 2.4 Neraca panas di Mixer – 01

Komponen input output

Q masuk 4822,5663

-Q pencampuran 125950,1873

-Q keluar - 4822,5663

Q pendingin - 125950,1873

Total 130772,7536 130772,7536

2.7.2.2 Neraca panas di Cooler HE-01 Tabel 2.5 Neraca panas di HE-01

Q masuk arus 3 4822,5663

-Q keluar arus 3 - -11515,6846

Total 4822,5663 4822,5663

(49)

2.7.2.3 Neraca Panas di Cooler HE-02 Tabel 2.6 Neraca panas di HE-02

-Q keluar arus 4 - -15225,7760

Total 7652,0498 7652,0498

2.7.2.4 Neraca Panas di Reaktor

Tabel 2.7 Neraca panas di Reaktor

Q masuk reaktor -26777,1663

-Q keluar reaktor - -17878,4221

Q reaksi standar -45227,1040

Q pendingin - -54125,8482

Total -72004,2703 -72004,2703

2.7.2.5 Neraca Panas Dekanter D-01

Tabel 2.8 Neraca panas di Dekanter 01

Q masuk -17878,4221

-Q keluar fase atas - -11136,2073

Q keluar fase bawah - -6742,2148

Total -17878,4221 -17878,4221

(50)

2.7.2.6 Neraca Panas Cooler HE-03 Tabel 2.9 Neraca panas di HE-03

Q masuk 14022,8635

-Q keluar - -28076,2215

Total 14022,8635 14022,8635

2.7.2.7 Neraca Panas Tangki Pencuci

Tabel 2.10 Neraca panas di Tangki Pencuci

Q masuk arus 7 -11136,2073

-Q keluar arus 8 -28076,2215

-Q pendingin - -39212,4288

Total -39212,4288 -39212,4288

2.7.2.8 Neraca Panas Dekanter D-02

Tabel 2.11 Neraca panas di Dekanter 02

Q masuk -39212,4288

-Q keluar fase atas - -27870,8219

Q keluar fase bawah - -11341,6049

Total -39212,4288 -39212,4288

(51)

2.7.2.9 Neraca panas Mixer-02

Tabel 2.12 Neraca panas di Mixer – 02

Q masuk 99,4023

-Q pelarutan 6042,9137

-Q keluar - 99,4023

Total 6124,3160 6124,3160

2.7.2.10 Neraca Panas di Cooler HE-04 Tabel 2.13 Neraca panas di HE-04

-Q keluar arus 13 - -198,8196

Total 99,4023 99,4023

2.7.2.11 Neraca Panas di Tangki Netraliser Tabel 2.14 Neraca panas di Tangki Netraliser

Q masuk arus 11 -11341,6045 -Q masuk arus 13 -198,8196 -Q keluar - -11547,2246 Q reaksi standar -1801,9995 Q pendingin - -1795,1990 Total -13342,4236 -13342,4236

(52)

2.8 Lay Out Pabrik dan Peralatan

2.8.1 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 (Vilbrant & Dryden, 1959) :

1. Pabrik nitrogliserin 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.

(53)

BAB II Desskripsi Proses ***

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 bahab baku dab 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 proses berlangsung dipusatkan.

(54)

BAB II Desskripsi Proses *** Tangki Asam Sulfat Tangki Asam Nitrat Tangki Gliserol Mixer-01 Reaktor Dekanter-01 Dekanter-02 Tangki Pencuci Tangki Netralisasi Tangki Nitrogliserin Mixer-02 HE-01 HE-02 HE-03 HE-04 Skala = 1: 500

Gambar 2. 4 Layout Alat Proses

(55)

Keterangan : 1. Pos keamanan 2. Parkir 3. Kantor 4. Garasi 5. Bengkel 6. Pemadam kebakaran 7. Poliklinik 8. Kantin 9. Musholla 10. Laboratorium 11. Gudang

12. Area tangki bahan baku 13. Area proses 14. Area produk 15. Control room 16. Area perluasan 17. Area utilitas 18. Pengolahan limbah 19. Pembangkit listrik 20. Pengolahan air laut dan pompa pemadam kebakaran dengan air laut 1 11 ₆ 3 10 14 15 4 5 8 9 7 20 16 12 2 Jalan Raya Laut 13 17 18 19 Skala = 1 : 6500

Gambar 2.5 Tata letak pabrik

***

(56)

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pada pabrik nitrogliserin, antara lain (Vilbrant & Dryden, 1959) : 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 diprioritaskan.

***

(57)

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.

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 produktifitas kerja disamping keamanan yang terjadi

***

(58)

BAB III

SPESIFIKASI ALAT

3.1 Mixer-01

Kode : M-01

Fungsi : Mencampur asam sulfat dan asam nitrat Tipe : Silinder tegak, head and bottom torisperical

Jumlah : 1 buah Kondisi operasi • Tekanan : 1 atm • Suhu umpan : 30 °C Dimensi tangki : Diameter : 1,1493 m Tinggi : 1,1493 m Tebal shell : 0,1875 in (0,47625 cm) Dimensi head : Tebal : 0,1875 in (0,47625 cm) Tinggi : 0,2462 m Pengaduk :

Jenis : flade blade turbine impellers dengan 6 blade dan baffle

Diameter : 0,3831 m Panjang blade : 0,09577 m Jumlah : 2

(59)

Kecepatan : 82,8299 rpm Tenaga motor : 0,5 HP

3.2 Mixer 02

Kode : M-02

Fungsi : Melarutkan Na2CO3 dalam air

Tipe : Silinder tegak, head and bottom torisperical

(60)

Kecepatan : 65,8441 rpm Tenaga motor : 0,5 HP

3.3 Reaktor

Kode : R-01

Fungsi : Sebagai tempat terjadinya reaksi gliserin dan asam campuran menjadi nitrogliserin

Tipe : Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)

Kondisi operasi : P = 1 atm, T = 15 oC

Bahan Konstruksi : Stainless steel SA 333 grade C

Jumlah : 1 buah Volume : 641,2388 ft3 = 18,1535 m3 Tinggi cairan : 13,8097 ft = 4,2092 m Tinggi total : 17,7316 ft = 5,4046 m Diameter : 7,4193 ft = 2,2614 m Tinggi head : 1,4465 ft = 0,4409 m Tebal shell : 0,25 in = 0,0064 m Tebal head : 0,3125 in = 0,0079 m Pengaduk

 Jenis Pengaduk : Turbin enam flat blade dengan empat baffle Diameter : 2,4731 ft = 0,7538 m

Kecepatan : 253,4927 rpm

Daya : 60 HP

(61)

Pendingin

Jenis : pendingin koil Pendingin : cooling brine Jumlah lilitan : 37 Pipa Koil : - IPS : 1,5 in - OD : 1,9 in - SN : 40 - ID : 1,61 in Tinggi koil : 3,5712m Diameter helix : 1,5830 m Volume koil : 0,0086 m3

Konstruksi : Stainless steel SA 333 grade C

Tabel 3.1 Pipa pemasukan dan pengeluaran pada reaktor

Komponen IPS SN ID (in) OD (in) Flow area (in2)

Gliserol 1,5 40 1,5 1,9 1,76

Asam Campuran 1,5 40 1,5 1,9 1,76

Produk Nitrogliserin 1,5 40 1,5 1,9 1,76

Pendingin 2 40 2,067 2,38 3,35

3.4 Dekanter 01

Fungsi : Memisahkan fase asam dari produk nitrogliserin Tipe : Continuous gravity decanter

(62)

Jumlah : 1 buah Kondisi operasi : T = 15 °C

P = 1 atm

Bahan konstruksi : Carbon steel SA 283 grade C

Diameter : 1,1367 m Panjang : 3,4101 m Panjang head : 0,2477 m Tebal shell : 0,1875 in Tebal head : 0,25 in 3.5 Dekanter 02

Fungsi : Memisahkan fase air dari produk nitrogliserin Tipe : Continuous gravity decanter

Jumlah : 1 buah

Kondisi operasi : T = 15 °C P = 1 atm

Bahan konstruksi : Carbon steel SA 283 grade C

Diameter : 0,5431 m

Panjang : 1,6293 m

Panjang head : 0,1502 m

Tebal shell : 0,1875 in

Tebal head : 0,1875 in

(63)

3.6 Tangki Pencuci

Kode : TP

Fungsi : Mencuci sisa asam dan gliserol yang masih terikut dalam produk nitrogliserin dengan menggunakan air.

(64)

Kecepatan : 277,6574 rpm Tenaga motor : 60 HP

3.7 Tangki Netraliser

Kode : TN

Fungsi : Netralisasi sisa asam yang masih terikut

dalam produk nitrogliserin dengan menggunkan larutan Na2CO3

(65)

Kecepatan : 296,5424 rpm Tenaga motor : 30 HP

3.8 Tangki Asam Sulfat

Kode : T-01

Fungsi : Menyimpan asam sulfat selama 1 minggu

Tipe : Tangki silinder tegak dengan dasar datar (flat bottom) dan bagian atas conical.

Jumlah : 1 buah

Kondisi penyimpanan • Suhu : 30 ° C • Tekanan : 1 atm Kapasitas : 220,122 m3

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 167

Diameter : 6,096 m Tinggi : 9,144 m Tebal shell  Course 1 : 0,4375 in  Course 2 : 0,4375 in  Course 3 : 0,375 in

(66)

 Course 4 : 0,375 in  Course 5 : 0,3125 in Tebal head : 0,3125 in Tinggi head : 1,1088 m Tinggi total : 10,2529 m

3.9 Tangki Asam Nitrat

Kode : T-02

Fungsi : Menyimpan asam nitrat selama 1 minggu

Jumlah : 1 buah

Diameter : 6,0961 m Tinggi : 7,3153 m Tebal shell  Course 1 : 0,375 in  Course 2 : 0,375 in  Course 3 : 0,3125 in

(67)

 Course 4 : 0,3125 in Tebal head : 0,3125 in Tinggi head : 1,1088 m Tinggi total : 8,4241 m 3.10 Tangki Gliserol Kode : T-03

Fungsi : Menyimpan liserol selama 1 minggu

Jumlah : 1 buah

Bahan konstruksi : Carbon steel SA 283

Diameter : 4,5721 m Tinggi : 5,4865 m Tebal shell  Course 1 : 0,375 in  Course 2 : 0,375 in  Course 3 : 0,3125 in Tebal head : 0,3125 in

(68)

Tinggi head : 0,8316 m Tinggi total : 6,3181 m

3.11 Tangki Nitrogliserin

Kode : T-04

Fungsi : Menyimpan nitrogliserin selama 1 minggu

Jumlah : 1 buah

Diameter : 4,5721 m Tinggi : 9,1441 m Tebal shell  Course 1 : 0,3125 in  Course 2 : 0,3125 in  Course 3 : 0,3125 in  Course 4 : 0,25 in  Course 5 : 0,25 in Tebal head : 0,25 in

(69)

Tinggi head : 0,8316 m Tinggi total : 9,9757 m

3.12 Tangki Acetone

Kode : T-05

Fungsi : Menyimpan Aceton selama 1 minggu

Jumlah : 1 buah

Diameter : 4,5721 m Tinggi : 10,9729 m Tebal shell  Course 1 : 0,375 in  Course 2 : 0,375 in  Course 3 : 0,375 in  Course 4 : 0,3125 in  Course 5 : 0,3125 in  Course 6 : 0,25 in

(70)

Tebal head : 0,3125 in Tinggi head : 0,8316 m Tinggi total : 11,8046 m

3.13 Tangki Brine Water

Kode : T-06

Fungsi : Menampung brine water sebagai media pendingin reaktor dan HE

Jumlah : 1 buah

Kondisi penyimpanan • Suhu : 15 ° C • Tekanan : 1 atm Kapasitas : 132, m3

Diameter : 3,0480 m Tinggi : 9,1440 m Tebal shell  Course 1 : 0,25 in  Course 2 : 0,25 in  Course 3 : 0,25 in  Course 4 : 0,25 in

(71)

 Course 5 : 0,25 in Tebal head : 0,25 in Tinggi head : 0,5544 m Tinggi total : 9,6985 m 3.14 Cooler 1 Kode : HE-01

Fungsi : mendinginkan mixed acid dari Mixer-01 sebelum masuk reactor dari 30 oC sampai 15 oC

Jenis : double pipe heat exchanger

Jumlah : 1 buah

Beban panas : 14.271,5643 kJ/jam Luas area transfer : 17,5158 ft2

Inner Pipe

 Bahan konstruksi : Carbon Steel Fluida : brine water

IPS : 1,5 in

SN : 40

ID : 1,61 in

OD : 1,90 in

Panjang hair pin : 48 ft Jumlah hair pin : 2 buah

∆P : 0,0696 psi

(72)

Annulus

 Bahan konstruksi : Cast Steel Fluida : asam campuran

IPS : 2,5 in SN : 40 ID : 2,469 in OD : 2,88 in ∆P : 6,1892 psi Uc : 19,0549 Btu/hr.ft2.oF Ud : 15,1204 Btu/hr.ft2.oF Rd : 0,0137 hr.ft2.oF/Btu Rd required : 0,003 hr.ft2.oF/Btu 3.15 Cooler 2 Kode : HE-02

Fungsi : mendinginkan gliserol sebelum masuk reaktor dari 30 oC sampai 15 oC

Jumlah : 1 buah

Inner Pipe

 Bahan konstruksi : Carbon Steel

(73)

Fluida : brine water

IPS : 1,25 in

SN : 40

ID : 1,38 in

OD : 1,66 in

∆P : 5,4841 psi

Annulus

 Bahan konstruksi : Cast Steel

Fluida : gliserol IPS : 2 in SN : 40 ID : 2,067 in OD : 2,38 in ∆P : 2,5814 psi Uc : 42,6396 Btu/hr.ft2.oF Ud : 29,6409 Btu/hr.ft2.oF Rd : 0,0103 hr.ft2.oF/Btu Rd required : 0,001 hr.ft2.oF/Btu

(74)

3.16 Cooler 3

Kode : HE-03

Fungsi : mendinginkan air sebelum masuk tangki pencuci dari 30 oC sampai 15 oC

Jumlah : 1 buah

Inner Pipe

IPS : 1 in

SN : 40

ID : 1,049 in

OD : 1,32 in

∆P : 7,1464 psi

Annulus

 Bahan konstruksi : Cast Steel

Fluida : air

IPS : 1,5 in

SN : 40

(75)

ID : 1,61 in OD : 1,90 in ∆P : 4,4371 psi Uc : 102,9365 Btu/hr.ft2.oF Ud : 67,7768 Btu/hr.ft2.oF Rd : 0,005 hr.ft2.oF/Btu Rd required : 0,001 hr.ft2.oF/Btu 3.17 Cooler 4 Kode : HE-04

Fungsi : mendinginkan campuran soda ash dari mixer 02 sebelum masuk tangki netralisasi dari 30 oC sampai 15 oC

Jumlah : 1 buah

Inner Pipe

IPS : 2 in

SN : 40

ID : 2,067 in