TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METIL KLORIDA DARI METANA DAN KLORIN DENGAN PROSES

(1)

commit to user

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK METIL KLORIDA

DARI METANA DAN KLORIN DENGAN PROSES

THERMAL CHLORINATION KAPASITAS 42.500 TON/TAHUN

Disusun Oleh :

Hayyu Henfiana

I 0507041

Mochammad Agung Indra Iswara I 0507068

PROGRAM STUDI S1 REGULER TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

(3)

commit to user

ii

Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan Prarancangan Pabrik Metil Klorida dari Metana dan Klorin dengan Proses

Thermal Chlorination Kapasitas 42.500 ton/tahun ini.

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

1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan, doa, materi dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.

2. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Muljadi, M.Si selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.

3. Ir. Endah Retno D., M.T. dan Y.C. Danarto S.T., M.T. selaku Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir.

4. Ir. Paryanto M.S. dan Bregas Siswahyono T.S., S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik.

5. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS. 6. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya.

7. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya Angkatan 2007.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum 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, Januari 2012

(4)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

iii DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi ... iii

Daftar Tabel ... ix

Daftar Gambar ... xii

Intisari ... xiii

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1

I.2 Penentuan Kapasitas Produksi ... 3

I.2.1 Kebutuhan Metil Klorida ... 3

I.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ... 4

I.2.3 Kapasitas Rancang Minimum ... 5

I.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ... 5

I.4 Tinjauan Pustaka ... 7

I.4.1 Macam-macam Proses Pembuatan Metil Klorida ... 7

I.4.2 Kegunaan Produk ... 10

I.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ... 10

1.4.3.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku ... 10

1.4.3.2 Sifat Fisis dan Kimia Produk ... 12

(5)

commit to user

iv BAB II DESKRIPSI PROSES

II.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 18

II.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... 18

II.1.2 Spesifikasi Produk ... 19

II.2 Konsep Proses ... 21

II.2.1 Dasar Reaksi ... 21

II.2.2 Mekanisme Reaksi ... 22

II.2.3 Kondisi Operasi ... 23

II.2.4 Tinjauan Kinetika ... 24

II.2.5 Tinjauan Termodinamika ... 25

II.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 27

II.3.1 Diagram Alir Proses ... 27

II.3.2 Uraian Proses ... 31

II.3.2.1 Penyiapan Bahan Baku ... 31

II.3.2.2 Reaksi Pembentukan Metil Klorida ... 32

II.3.2.3 Tahap Pemurnian Produk ... 32

II.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 35

II.4.1 Neraca Massa Total ... 35

II.4.2 Neraca Massa Alat ... 36

II.4.3 Neraca Panas Total ... 40

II.4.4 Neraca Panas Alat ... 41

II.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses ... 44

(6)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

v

II.5.2 Tata Letak Peralatan Proses ... 47

BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES III.1 Tangki Penyimpanan Bahan Baku ... 49

III.2 Tangki Penyimpanan Produk ... 50

III.3 Reaktor ... 53

III.4 Absorber ... 54

III.5 Neutralizer ... 55

III.6 Separator ... 56

III.7 Menara Destilasi ... 58

III.8 Kondensor ... 59

III.9 Reboiler ... 62

III.10Akumulator ... 65

III.11Penukar Panas ... 66

III.12Pompa ... 70

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM IV.1 Unit Pendukung Proses ... 74

IV.1.1 Unit Pengadaan Air dan Pendingin Reaktor ... 75

IV.1.1.1Air Pendingin ... 75

IV.1.1.2Air Proses ... 77

IV.1.1.3Air Konsumsi dan Sanitasi ... 78

IV.1.1.4Air Umpan Boiler ... 79

IV.1.1.5Pendingin Reaktor ... 84

(7)

commit to user

vi

IV.1.3 Unit Pengadaan Steam ... 85

IV.1.4 Unit Pengadaan Listrik ... 88

IV.1.4.1 Listrik untuk keperluan proses dan utilitas ... 88

IV.1.4.2 Listrik untuk penerangan ... 90

IV.1.4.3 Listrik untuk AC ... 92

IV.1.4.4 Listrik untuk laboratorium dan instrumentasi.. 92

IV.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 93

IV.1.6 Unit Pengolah Limbah ... 94

IV.1.7 Unit Refrigerasi ... ... 97

IV.2 Laboratorium ... 97

IV.2.1 Laboratorium Fisik dan Analitik ... 99

IV.2.2 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 99

IV.2.3 Prosedur Analisa Bahan Baku dan Produk Utama .... 99

IV.2.4 Prosedur Analisa Proses dan Produk Samping ... 100

IV.2.5 Prosedur Analisa Air ... 101

IV.3 Kesehatan dan Keselamatan Kerja ... 102

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN V.1 Bentuk Perusahaan ... 103

V.2 Struktur Organisasi ... 104

V.3 Tugas dan Wewenang ... 109

V.3.1 Pemegang Saham ... 109

V.3.2 Dewan Komisaris ... 109

(8)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

vii

V.3.4 Staf Ahli ... 111

V.3.5 Kepala Bagian ... 111

V.3.6 Kepala Seksi ... 115

V.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 115

V.4.1 Karyawan Non Shift ... 116

V.4.2 Karyawan Shift ... 116

V.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 118

V.5.1 Karyawan Tetap ... 118

V.5.2 Karyawan Harian ... 118

V.5.3 Karyawan Borongan ... 118

V.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ... 118

V.6.1 Penggolongan Jabatan ... 118

V.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ... 119

V.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 120

BAB VI ANALISA EKONOMI VI.1 Penaksiran Harga Peralatan ... 123

VI.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 125

VI.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ... 127

VI.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) ... 128

VI.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost) ... 129

VI.3.1 Manufacturing Cost ... 129

VI.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) ... 129

(9)

commit to user

viii

VI.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) ... 130

VI.3.2 General Expense (GE) ... 130

VI.4 Keuntungan Produksi ... 131

VI.5 Analisa Kelayakan ... 131

Daftar Pustaka ... xiv

(10)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

_ix DAFTAR TABEL

Tabel I.1 Data Impor Metil Klorida Dalam Negeri ... 3

Tabel I.2 Data Produsen Metil Klorida di Amerika Serikat ... 5

Tabel II.1 Harga Gfo masing-masing komponen ... 25

Tabel II.2 Harga Hfo masing-masing komponen ... 26

Tabel II.3 Neraca Massa Total ... 35

Tabel II.4 Neraca Massa di TEE 1 ... 36

Tabel II.5 Neraca Massa di TEE 2 ... 36

Tabel II.6 Neraca Massa Reaktor ... 37

Tabel II.7 Neraca Massa Absorber ... 37

Tabel II.8 Neraca Massa Neutralizer ... 38

Tabel II.9 Neraca Massa Separator 2 ... 38

Tabel II.10 Neraca Massa Arus Purging ... 39

Tabel II.11 Neraca Massa Menara Distilasi 1 (MD-01) ... 39

Tabel II.14 Neraca Panas Total ... 40

Tabel II.15 Neraca Panas di TEE 1 ... 41

Tabel II.16 Neraca Panas Reaktor ... 41

Tabel II.17 Neraca Panas Absorber ... 41

Tabel II.18 Neraca Panas Neutralizer ... 42

(11)

commit to user

_x

Tabel II.20 Neraca Panas Menara Distilasi 1 (MD-01) ... 42

Tabel II.21 Neraca Panas Menara Destilasi 2 (MD-02) ... 43

Tabel II.22 Neraca Panas Menara Destilasi 3 (MD-03) ... 43

Tabel II.23 Neraca Panas Separator 1 (SP-01) ... 43

Tabel III.1 Spesifikasi Tangki Penyimpan Bahan Baku ... 49

Tabel III.2 Spesifikasi Tangki Penyimpan Produk ... 50

Tabel III.3 Spesifikasi Reaktor ... 53

Tabel III.4 Spesifikasi Absorber ... 54

Tabel III.5 Spesifikasi Neutralizer ... 55

Tabel III.6 Spesifikasi Separator 1 ... 56

Tabel III.7 Spesifikasi Separator 2 ... 57

Tabel III.8 Spesifikasi Menara Distilasi ... 58

Tabel III.9 Spesifikasi Kondensor ... 59

Tabel III.10 Spesifikasi Reboiler ... 62

Tabel III.11 Spesifikasi Akumulator ... 65

Tabel III.12 Spesifikasi Penukar Panas ... 66

Tabel III.13 Spesifikasi Pompa ... 70

Tabel IV.1 Kebutuhan air pendingin ... 76

Tabel IV.2 Kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi ... 78

Tabel IV.3 Kebutuhan listrik untuk keperluan proses dan utilitas ... 89

Tabel IV.4 Jumlah Lumen berdasarkan luas bangunan ... 90

Tabel IV.5 Total kebutuhan listrik pabrik ... 92

(12)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

_xi

Tabel V.2 Perincian Jumlah Karyawan dan Gaji dalam Rupiah ... 119

Tabel VI.1 Indeks Harga Alat ... 124

Tabel VI.2 Modal Tetap ... 127

Tabel VI.3 Modal Kerja ... 128

Tabel VI.4 Direct Manufacturing Cost ... 129

Tabel VI.5 Indirect Manufacturing Cost ... 129

Tabel VI.6 Fixed Manufacturing Cost ... 130

Tabel VI.7 General Expense ... 130

(13)

commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1 Grafik Data Impor Metil Klorida ... 4

Gambar I.2 Lokasi Pendirian Pabrik Metil Klorida ... 7

Gambar II.1 Grafik Konstanta Kecepatan Reaksi Klorinasi Metana ... 24

Gambar II.2 Diagram Alir Kualitatif ... 28

Gambar II.3 Diagram Alir Kuantitatif ... 29

Gambar II.4 Diagram Alir Proses ... 30

Gambar II.5 Tata Letak Pabrik ... 46

Gambar II.6 Tata Letak Peralatan Proses ... 48

Gambar IV.1 Skema Pengolahan Air Tanah ... 84

Gambar IV.2 Skema Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) ... 95

Gambar V.1 Struktur Organisasi Pabrik Metil Klorida ... 108

Gambar VI.1 Chemical Engineering Cost Index ... 124

(14)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

xiii INTISARI

Hayyu Henfiana dan Mochammad Agung Indra Iswara, 2012, Prarancangan Pabrik Metil Klorida dari Metana dan Klorin Kapasitas dengan Proses Thermal Chlorination 42.500 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Metil klorida banyak digunakan sebagai bahan intermediate untuk

produksi fluida silikon, elastomer, dan resin. Untuk memenuhi kebutuhan dalam

negeri dan luar negeri, maka dirancang pabrik metil klorida berkapasitas 42.500 ton/tahun dengan bahan baku metana 72.412,82 ton/tahun dan klorin 187.216,80 ton/tahun. Selain itu dihasilkan produk samping berupa metilen klorida sebesar 47.337,69 ton/tahun, kloroform sebesar 14.903,86 ton/tahun, karbon tetraklorida sebesar 11.264,94 ton/tahun dan asam klorida sebesar 278.633,34 ton/tahun. Dengan memerhatikan beberapa faktor, seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, dan utilitas, maka lokasi pabrik yang cukup strategis adalah di Kawasan Industri Bontang, Kalimantan Timur.

Reaksi pembuatan metil klorida dilakukan dengan mereaksikan metana dan klorin dalam Reaktor Alir Pipa (RAP) Multitube pada suhu 2750C-4500C dan

tekanan 3 atm. Panas yang timbul dari reaksi diambil dengan Dowtherm A yang

dialirkan di shell reaktor. Produk gas keluar reaktor masuk ke absorber untuk

mengurangi kandungan asam klorida. Produk absorber berupa asam klorida 35%

berat dijual sebagai produk samping dan produk atas masuk neutralizer untuk

menghilangkan sisa HCl dengan mereaksikan dengan NaOH membentuk NaCl yang dijual sebagai produk samping. Hasil atas neutralizer masuk separator 2

untuk memisahkan metana dan klorometan. Metana direcycle ke reaktor dan

klorometan dipisahkan dengan menara destilasi. Gas hasil atas Menara Destilasi 1 yaitu metil klorida 99,98% berat sebagai produk utama sedangkan hasil bawah sebagai produk samping diumpankan ke Menara Distilasi 2. Hasil atas berupa metilen klorida 99,99% berat dan hasil bawah diumpankan ke Menara Distilasi 3 untuk dimurnikan. Hasil atas berupa kloroform 99,93% berat sebagai hasil atas dan hasil bawah berupa karbon tetraklorida 99,86% berat. Peralatan proses yang ada antara lain separator, reaktor, absorber, neutralizer, menara distilasi,dan

pompa.

Unit pendukung proses didirikan untuk menunjang proses produksi yang terdiri dari unit pendingin reaktor penyediaan air pendingin, listrik, bahan bakar, dan unit pengolahan limbah. Laboratorium berfungsi menjaga mutu bahan baku dan kualitas produk sesuai spesifikasi. Dalam pabrik tersebut terdapat tiga buah laboratorium, yaitu laboratorium fisik; analitik; dan penelitian dan pengembangan. Bentuk perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja

yang terdiri dari karyawan shift dan non shift .

Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik metil klorida diperoleh bahwa total investasi (TCI) sebesar Rp 941.161.207.301,- dan total biaya produksi (Production Cost) Rp 1.020.912.890.170,-. Dari analisa kelayakan

(15)

commit to user

Bab I Pendahuluan 1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik

Metil klorida merupakan senyawa chloromethane selain metilen klorida,

kloroform dan karbon tetraklorida. Senyawa chloromethane terbentuk ketika atom

hidrogen dari metana tersubtitusi oleh klorin (klorinasi metana). Apabila satu

atom hidrogen terganti oleh klorin disebut senyawa metil klorida (CH3Cl), jika dua, metilen klorida (CH2Cl2); tiga, kloroform (CHCl3); empat, karbon tetraklorida (CCl4) (Mc. Ketta, 1979). Oleh karena itu klorin yang diproduksi dunia dimana 36% digunakan untuk membuat monomer vinyl chloride juga akan

lebih menguntungkan jika sebagian dijadikan bahan baku untuk membuat

senyawa chloromethane, karena chloromethane lebih mempunyai harga daripada

klorin. Selain itu, Indonesia adalah salah satu negara penghasil klorin, maka

senyawa chloromethane seperti metil klorida layak diproduksi di dalam negeri.

Metil klorida yang dihasilkan di Amerika Serikat sebanyak 92%

digunakan sebagai feedstock dalam pembuatan bahan lanjutan metil klorosilane.

Metil klorosilane digunakan dalam produksi fluida silikon, elastomer, dan resin,

namun paling besar digunakan sebagai fluida silikon, yaitu sebagai bahan

pembantu seperti agent antifoaming, agent pelepasan, dan pelumas ringan. Metil

klorida juga digunakan dalam bidang kimia untuk produk konsumsi seperti

kosmetik, auto polishes, pelitur furniture, dan lapisan kertas (OxyChem Technical

Information, 2009). Metil klorida juga digunakan dalam sintesis berbagai

(16)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

2

Prarancangan Pabrik Metil Klorida dari Metana dan Klorin dengan Proses Thermal Chlorination

Kapasitas 42.500 Ton/Tahun

Bab I Pendahuluan

juga telah digunakan sebagai bahan pembakar dalam aerosol dan sebagai

refrigerant (Spevak et al, 1976).

Pabrik metil klorida dengan proses klorinasi juga layak dirancang karena

termasuk minim dalam pencemaran lingkungan. Hal ini disebabkan dalam

produksinya tidak ada bahan samping atau limbah yang secara langsung

dihasilkan dan dibuang. Selain metil klorida akan dihasilkan juga bahan kimia

lainnya seperti metilen klorida, kloroform, karbon tetraklorida, dan asam klorida

yang semuanya dapat dijual. Oleh karenanya dengan mencegah kebocoran selama

proses dan menjaga suhu klorinasi yang aman, maka efek buruk terhadap

lingkungan dan makhluk hidup sekitar dapat dicegah.

Indonesia sebagai negara berkembang, terlebih lagi memasuki era

perdagangan bebas, dituntut untuk mampu bersaing dengan negara-negara lain

dalam bidang industri dan sektor industri kimia memegang peranan penting untuk

memajukan perindustrian di Indonesia. Perkembangan industri sangat

berpengaruh pada pertumbuhan ekonomi Indonesia dalam menghadapi pasar

bebas. Inovasi proses produksi maupun pembangunan pabrik baru yang

menghasilkan produk bernilai ekonomis lebih tinggi semisal metil klorida sangat

diperlukan untuk menambah devisa negara. Disamping itu pendirian pabrik metil

klorida dapat mendorong pertumbuhan dan perkembangan industri-industri kimia

lain dan akan menyerap sebagian tenaga kerja dalam negeri.

Pendirian pabrik metil klorida ini dapat dirancang untuk berproduksi

dengan kapasitas kurang lebih 42.500 ton per tahun dan diorientasikan untuk

(17)

commit to user

Bab I Pendahuluan

I.2. Penentuan Kapasitas Produksi

Kapasitas produksi dapat diartikan sebagai jumlah maksimal output yang

dapat diproduksi dalam satuan waktu tertentu. Pabrik yang didirikan harus

mempunyai kapasitas produksi yang optimal yaitu jumlah dan jenis produk yang

dihasilkan harus dapat menghasilkan laba maksimal dengan biaya yang minimal.

Kapasitas produksi dirancang dengan pertimbangan-pertimbangan :

1. Kebutuhan metil klorida

Untuk memenuhi kebutuhan metil klorida di dalam negeri, Indonesia

masih mengimpor negara lain. Data impor metil klorida dalam negeri

ditunjukkan pada tabel I.1.

Tabel I.1 Data Impor Metil Klorida Dalam Negeri

Tahun Kapasitas (kg)

2004 333.741

2005 363.839

2006 568.262

2007 603.262

2008 772.629

(18)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

4

Bab I Pendahuluan

Gambar I.1 Data Impor Metil Klorida

Dari gambar I.1, kebutuhan impor metil klorida di Indonesia pada tahun

2017 sebesar 1.697.777 kg atau 1.698 ton/tahun.

2. Ketersediaan bahan baku

Adanya industri yang mendukung pabrik metil klorida, terutama dalam hal

penyediaan bahan baku merupakan salah satu faktor yang cukup penting.

Bahan baku utama yaitu klorin (Cl2) tersedia di dalam negeri yaitu dapat diperoleh dari PT. Assahimas, Cilegon yang berkapasitas 335.000 ton/tahun

sedangkan metana (CH4) diperoleh dari PT. Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur yang berkapasitas 18,5 juta ton/tahun.

y = 111.720x - 223.581.773

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

(19)

commit to user

Bab I Pendahuluan

3. Kapasitas rancang minimum

Tabel I.2 Data Produsen Metil Klorida di Amerika Serikat

Pabrik Kapasitas

(ton/tahun)

Dow Chemical, Freeport, Tex. 42.500

Dow Chemical, Plaquemine, La. 130.000

Dow Corning, Carrollton, Ky. 225.000

Dow Corning, Midland, Mich. 100.000

GE Plastics, Waterford, N.Y. 82.500

Vulcan Chemicals, Geismar, La. 85.000

Vulcan Chemicals, Wichita, Kan. 45.000

(ICB Americas, 2004)

Beberapa pabrik di Amerika Serikat yang memproduksi metil klorida

dengan kapasitas 42.500 225.000 ton/tahun ditunjukkan pada tabel I.2.

Dalam perancangan pabrik metil klorida ini diambil kapasitas produksi sebesar

42.500 ton /tahun yang merupakan kapasitas minimum di dunia dengan tujuan

untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri sebanyak 4% dan 96% diekspor ke

luar negeri.

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik

Lokasi geografis dari suatu pabrik akan berpengaruh pada kegiatan pabrik

baik proses produksi maupun distribusi produk yang semuanya itu akan

berpengaruh pada perkembangan dan kelangsungan hidup dari pabrik. Banyak

faktor yang harus diperhatikan dan dipertimbangkan dalam menentukan lokasi

suatu pabrik. Lokasi pabrik pada umumnya ditetapkan atas dasar orientasi bahan

(20)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

6

Bab I Pendahuluan

Lokasi pabrik ditetapkan di Bontang, Kalimantan Timur dengan

pertimbangan sebagai berikut :

1. Sumber bahan baku

Bahan baku klorin dapat diperoleh dari PT. Assahimas, Cilegon sedangkan

metana dari PT. Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur.

2. Pemasaran produk

Daerah tersebut merupakan area industri yang potensial sebagai daerah

pemasaran. Selain itu juga dekat dengan pelabuhan Bontang, Balikpapan dan

Samarinda untuk memudahkan dalam pemasaran keluar Kalimantan maupun

keluar negeri.

3. Sarana transportasi

Daerah tersebut dekat dengan pelabuhan dan jalan raya yang memudahkan

pengangkutan bahan baku dan produk.

4. Tersedianya sarana pendukung

Bontang merupakan salah satu kawasan industri di Indonesia, sehingga

penyediaan utilitas terutama air proses dan pendingin tidak mengalami

kesulitan, karena ketersediaan air tanah yang masih mencukupi.

5. Tenaga kerja

Tenaga kerja untuk pabrik dapat direkrut dari daerah Bontang dan

sekitarnya, yang merupakan sumber tenaga kerja yang profesional.

6. Kemasyarakatan

Keadaan sosial kemasyarakatan sudah terbiasa dengan lingkungan industri

sehingga pendirian pabrik baru dapat diterima dan dapat beradaptasi dengan

(21)

commit to user

Bab I Pendahuluan

Gambar I.2 Lokasi Pendirian Pabrik Metil Klorida

I.4. Tinjauan Pustaka

I.4.1. Macam-macam Proses

Dalam Mc. Ketta (1979), secara umum metil klorida dapat dibuat

dengan beberapa cara, antara lain :

1. Proses thermal chlorination

2. Proses photochlorination

3. Proses klorinasi metana dengan katalis alumina

1. Proses thermal chlorination

Proses ini didasarkan pada reaksi klorinasi langsung terhadap

metana pada suhu yang tinggi. Temperatur reaksi antara 275 °C - 450 °C.

Reaksi yang terjadi:

(22)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

8

molekul klorin (Cl2) menjadi radikal Cl+ sehingga dapat terjadi reaksi, dengan demikian tidak memerlukan katalis.

b. Impuritas sedikit.

c. Selektivitas metil klorida tinggi yaitu 56% terhadap metana.

2. Proses photochlorination

Proses ini didasarkan pada reaksi klorinasi metana oleh aktivasi

dari reaksi massa dengan radiasi sinar. Adapun pemisahan molekul klorin

(Cl2) menjadi radikal Cl+ adalah dengan meradiasikan reaksi massa dengan sumber sinar yang mempunyai radiasi sebesar 3000 Å - 5000 Å.

Bahan baku yang digunakan adalah metana dengan kemurnian tinggi.

Reaktor yang digunakan adalah reaktor photochemical. Keuntungan dari

proses ini adalah dapat mengurangi impuritas yang ada pada klorometana

yang dihasilkan.

Kekurangan :

a. Penggunaan reaktor photochemical harus terbuat dari permukaan kaca

yang tahan terhadap pembebasan panas mengingat reaksi klorinasi

(23)

commit to user

Bab I Pendahuluan

b. Reaksi photochlorination terjadi pada suhu rendah sehingga

menaikkan biaya kontrol proses dan mempertahankan panas reaksi.

c. Lebih sensitif terhadap impuritas pada umpan, karena dapat

menyebabkan terminasi pada reaksi rantai.

d. Biaya pembuatan dan perawatan bahan konstruksi mahal karena

terbuat dari kaca.

e. Reaktor membutuhkan energi yang cukup besar untuk menghasilkan

radiasi sinar dengan kekuatan 3000 Å - 5000 Å.

f. Kapasitas per reaktor rendah.

g. Sering terjadi akumulasi klorin dibawah reaktor sehingga dapat

mengakibatkan ledakan.

3. Proses klorinasi metana dengan katalis alumina

Proses klorinasi ini didasarkan pada reaksi klorinasi metana dengan

bantuan katalis alumina. Bahan baku yang digunakan adalah metana

dengan kemurnian tinggi. Konversi dari proses ini adalah 95%. Adapun

reaktor yang digunakan adalah fixed bed katalitik. Keuntungan dari

proses ini adalah konversi yang dihasilkan cukup tinggi.

Kekurangan :

a. Penggunaan fixed bed reactor harus mempunyai konstruksi

penyangga yang kuat untuk menyangga katalis. Reaktor harus terbuat

dari bahan yang tahan terhadap pembebasan panas mengingat reaksi

klorinasi adalah reaksi eksotermis, sehingga reaktor lebih berat dan

(24)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

10

Bab I Pendahuluan

b. Perlu adanya regenerasi katalis pada waktu-waktu tertentu.

c. Proses ini sensitif terhadap adanya impuritas.

Ketiga proses tersebut merupakan reaksi klorinasi dimana

perbedaannya adalah pada cara pemecahan molekul klorinnya. Proses

yang dipilih adalah proses thermal chlorination dengan alasan :

- Proses ini dilakukan pada temperatur tinggi yang dapat membuat

molekul klorin (Cl2) menjadi radikal Cl+ sehingga dapat terjadi reaksi, dengan demikian tidak memerlukan katalis.

- Impuritas sedikit

- Selektivitas metil klorida tinggi yaitu 56% terhadap metana.

I.4.2. Kegunaan Produk

Penggunaan metil klorida dewasa ini adalah untuk antara lain :

a. Bahan intermediate untuk produksi fluida silikon, elastomer, dan resin

b. Pembawa katalis untuk reaksi polimerisasi seperti pembuatan butyl

rubber

c. Produk konsumsi seperti kosmetik, auto polishes dan pelitur furniture

d. Sintesis berbagai senyawa, dan sebagai pengekstraks untuk lemak,

minyak, dan resin

(25)

commit to user

Bab I Pendahuluan

I.4.3. Sifat Fisis dan Kimia

1. Bahan Baku

Metana

Sifat-sifat fisis :

- Rumus molekul : CH4

- Berat molekul : 16,04 g/mol

- Fase : gas

- Titik beku (1 atm) : 90,67 K

- Titik didih (1 atm) : 111,66 K

- Densitas (30 oC) : 0,1616 g/cm3 - Temperatur kritis : 190,6 K

(Yaws, 1999)

Sifat-sifat kimia :

a. Oksidasi

2 CH4 + 2 O2 2 + 2H2O ... (5) 2 CH4 +2 O2 2 ... (6) b. Halogenasi

CH4 H3 3X2 3 + HX ... (7)

c. Klorinasi terhadap CH4 akan menghasilkan metil klorida dan HCl. Klorin

Sifat-sifat fisis :

- Rumus molekul : Cl2

(26)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

12

Bab I Pendahuluan

- Titik didih (1 atm) : 239,1 K

- Densitas (0 oC) : 3,2 g/L

(Perry, 2008)

Sifat-sifat kimia :

a. Cl2 bereaksi dengan alkali dan alkali tanah membentuk bleaching agent

Cl2 + 2 NaOCl NaOCl + H2O ... (8) b. Reaksi dengan amonia membentuk hidrazin

2 NH3 + NaOCl N2H4 + NaCl +H2O ... (9) c. Cl2 bereaksi dengan hidrokarbon jenuh menghasilkan hidrokarbon

terklorinasi dan HCl

2. Produk

Metil klorida

Sifat-sifat fisis :

- Rumus molekul : CH3Cl - Berat molekul : 50,487 g/mol

- Fase : gas

- Densitas (25o_C) _{: 0,913 g/cm}3 - Titik didih (1 atm) : 248,93 K

(27)

commit to user

Bab I Pendahuluan

Sifat-sifat kimia :

a. Dalam larutan eter, CH3Cl bereaksi dengan sodium membentuk etana (proses sintesa Wurtz).

2 CH3Cl +2 Na CH3CH3 + 2 NaCl ... (10) b. Metil klorida digunakan pada reaksi Fridel Craft membentuk toluen

dengan menggunakan katalisator AlCl3

CH3Cl + C6H6 C6H5CH3 + HCl ... (11) c. Bila dipanaskan pada temperatur yang sangat tinggi, metil klorida

akan berpasangan membentuk etilen.

2 CH3Cl CH2 = CH2 +2 HCl ... (12) d. Klorinasi terhadap CH3Cl akan menghasilkan metilen klorida dan

HCl

(Mc.Ketta,1979)

Metilen klorida

Sifat-sifat fisis :

- Rumus molekul : CH2Cl2 - Berat molekul : 84,933 g/mol

- Fase : cair

- Densitas ( 25 o_C) _{: 1,33 g/cm}3 - Titik didih (1 atm) : 313,25 K

- Titik leleh (1 atm) : 176,45 K

(28)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

14

Bab I Pendahuluan

Sifat-sifat kimia

a. Bila kontak dengan air dalam waktu yang lama, metilen klorida akan

terhidrolisa secara perlahan membentuk HCl sebagai produk primer.

b. Bila metilen klorida dipanaskan dengan air dalam waktu yang lama

dalam tangki tertutup pada suhu 140 °C-170 °C, maka akan

terbentuk formaldehid dan HCl.

CH2Cl2 + H2O HCHO + 2 HCl ... (13) c. Klorinasi terhadap metilen klorida akan menghasilkan kloroform dan

HCl.

a. Klorinasi terhadap kloroform membentuk karbon tetraklorida dan

HCl.

b. Bila kontak dengan besi dan air akan membentuk hidrogen peroksida.

(29)

commit to user

Bab I Pendahuluan

c. Dengan basa akan mengalami hidrolisa.

CHCl3 + 3 NaOH CO + 3NaCl + 2 H2O ... (15) d. Kloroform bila kontak dengan potasium amalgam akan membentuk

asetilen.

2 CHCl3 + 6 KHg HC = CH + 6 KCl(KHg) ... (16) (Mc.Ketta,1979)

Karbon tetraklorida

Sifat-sifat fisis :

- Rumus molekul : CCl4

- Fase : cair

- Densitas (25 oC) : 1,583 g/cm3 - Titik didih (1 atm) : 349,79 K

(Yaws, 1999)

Sifat-sifat kimia :

a. CCl4 kering tidak bereaksi dengan logam seperti besi dan nikel tetapi bereaksi secara perlahan dengan tembaga dan timah hitam.

b. Dengan katalis platinum atau Zn dan asam, CCl4 akan membentuk kembali menjadi kloroform.

c. Dengan potasium amalgam dan air, CCl4 akan terbentuk kembali menjadi metana.

(30)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

16

a. Reaksi dengan oksidator membentuk Cl2

4 HCl + O2 2 Cl2 + 2 H2O ... (17) b. Reaksi dengan sulfur trioksida membentuk asam klorosulfat.

HCl + SO3 ClSO3H ... (18) c. Reaksi HCl dan asetilen akan menghasilkan kloroprena.

1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum

Klorinasi didefinisikan sebagai suatu proses dimana satu atau lebih

atom klorin dibentuk menjadi suatu senyawa kimia. Ketika atom hidrogen

dari molekul metana disubstitusi oleh klorin, senyawa kimia yang terbentuk

dikenal sebagai klorometan. Apabila satu atom hidrogen yang disubstitusi

(31)

commit to user

Bab I Pendahuluan

digunakan karena ekonomis dan prosesnya bisa berjalan secara langsung.

Proses ini terjadi pada suhu yang tinggi antara 275 °C sampai 450 °C.

Apabila suhu lebih rendah, akan terbentuk impuritas oksigen yang

mengganggu reaksi dan jika suhu lebih tinggi dari 450 °C maka akan

terbentuk impuritas di umpan (Mc. Ketta, 1979).

Metana dan klorin dalam fase gas dengan perbandingan mol 1,7:1

dipanaskan sampai suhu 300 °C dimana pada suhu tersebut klorin akan

mengalami disosiasi dan akan mulai terjadi reaksi terklorinasi terhadap

metana, sedangkan tekanan dipertahankan 3 atm. Di dalam plugflow reactor

suhu dipertahankan jangan sampai melebihi 450 °C. Bila reaksi berlangsung

di atas suhu tersebut maka dapat terjadi reaksi pirolisis terhadap CH3Cl membentuk karbon bebas yang merupakan impuritas, sedangkan klorin dan

hidrogen membentuk asam hidroklorida. Produk reaksi kemudian masuk ke

absorber untuk mengambil HCl dengan pelarut air. Produk atas absorber

masuk ke neutralizer untuk menghilangkan sisa HCl dengan direaksikan

dengan alkali (NaOH). Selanjutnya masuk ke separator untuk memisahkan

metana dan produk klorometannya. Metana direcycle ke reaktor dan

klorometan masuk ke kolom distilasi untuk dipisahkan antara metil klorida,

(32)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

18 BAB II

DESKRIPSI PROSES

II.1. Spesifikasi bahan baku dan produk

II.1.1. Spesifikasi bahan baku

(33)

commit to user

- Impuritas : HCl 2% vol

(PT. Assahimas)

II.1.2. Spesifikasi produk

1. Metil klorida

Sifat fisis

- Rumus molekul : CH3Cl - Berat molekul : 50,487 g/mol

- Fase : cair

- Densitas (25oC) : 0,913 g/cm3 - Titik didih (1atm) : 250,15 K

- Titik beku (1atm) : 177,15 K

- Kemurnian : min 99,95% berat

- Impuritas : CH2Cl2

(www.c-f-c.com)

2. Metilen klorida

Sifat fisis

- Rumus molekul : CH2Cl2 - Berat molekul : 84,933 g/mol

- Fase : cair

- Densitas (25oC) : 2,93 kg/m3 - Titik didih (1atm) : 313,25 K

- Titik leleh (1atm) : 176,45 K

(34)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

20

- Impuritas : CH3Cl, CHCl3

(www.c-f-c.com)

3. Kloroform

Sifat fisis

- Rumus molekul : CHCl3

- Fase : cair

- Kemurnian : 99,9% berat

- Impuritas : CH2Cl2, CCl4

(www.c-f-c.com)

4. Karbon tetraklorida

Sifat fisis

- Rumus molekul : CCl4

- Fase : cair

(35)

commit to user

- Impuritas : CHCl3

(www.c-f-c.com)

5. Asam klorida

Sifat fisis

- Rumus molekul : HCl

- Fase : cair

- Titik leleh (1atm) : 245,83 K

- Kemurnian : min 35% berat

(www.c-f-c.com)

II.2. Konsep Proses

II.2.1. Dasar Reaksi

Reaksi antara metil klorida dengan klorin merupakan reaksi

seri-multistep dan berlangsung secara eksotermis irreversible.

Reaksinya sebagai berikut :

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl ... (19) CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl ... (20) CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl ... (21) CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl ... (22) Reaktan dengan perbandingan metana : klorin adalah 1,7 : 1

(36)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

22

tersebut klorin akan mengalami disosiasi dan mulai terjadi reaksi

termoklorinasi terhadap metil klorida. Di dalam multi tube plug flow

reactor, suhu dipertahankan pada kisaran 275oC 450oC. Bila reaksi

berlangsung di atas suhu tersebut, maka akan terjadi pirolisis terhadap

klorometana membentuk karbon bebas, sedangkan klorin dan hidrogen

membentuk asam klorida (Mc. Ketta, 1979 ).

II.2.2. Mekanisme Reaksi

Mekanisme reaksi yang terjadi pada proses klorinasi terhadap

metana atau klorometana adalah free-radical substitutions dan terjadi

melalui 3 tahap yaitu inisiasi, propagasi dan terminasi.

Inisiasi

Inisiasi adalah proses menghasilkan spesies radikal. Dalam tahap ini

radikal klorin dengan pemanasan pada suhu tinggi sehingga dapat

memecah ikatan antar atom klorin. Radikal klorin kemudian bereaksi

dengan metil klorida menghasilkan radikal metil klorida.

Cl2 2Cl- ... (23)

Cl- + CH4 HCl + CH3- ... (24) Propagasi

Pada tahap ini radikal metil klorida bereaksi dengan klorin

menghasilkan klorometana dan radikal klorin. Radikal ini kemudian

bereaksi dengan metana dan juga produk klorometana menghasilkan

(37)

commit to user

CH3- + Cl2 CH3Cl + Cl- ... (25) Cl- + CH3Cl HCl + CH2Cl- ... (26) CH2Cl- + Cl2 CH2Cl2 + Cl- ... (27) Cl- + CH2Cl2 HCl + CHCl2- ...(28) CHCl2- + Cl2 CHCl3 + Cl- ... (29) Cl- + CHCl3 HCl + CCl3- ... (30) CCl3- + Cl2 CCl4 + Cl- ... (31) Terminasi

Tahap ini terjadi apabila dua radikal bereaksi baik dengan radikal yang

sama ataupun dengan radikal yang berbeda.

Cl- + Cl- Cl2 ... (32) Cl- + CH2Cl- CH2Cl2 ... (33) II.2.3. Kondisi Operasi

Kondisi operasi pada perancangan pabrik metil klorida ini adalah

sebagai berikut :

Tekanan : 3 atm

(Keyes, 1961)

Temperatur reaktan : 300oC

Temperatur reaksi : 275oC -450oC

Cl2 : CH4 : 1 : 1,7 (perbandingan mol) Konversi metana : 36 % mol

Selektivitas metil klorida terhadap metana : 56%

Selektivitas metilen klorida terhadap metana : 35%

Selektivitas kloroform terhadap metana : 8%

Selektivitas karbon tetraklorida terhadap metana : 1%

(38)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

24

II.2.4. Tinjauan Kinetika

Reaksi yang terjadi adalah reaksi seri-multistep dan berjalan cepat.

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl ... (34) CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl ... (35) CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl ... (36) CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl ... (37) Dari figure 15 Mc Ketta, diketahui satuan konstanta kecepatan reaksi

tersebut (detik-1), maka reaksi tersebut mempunyai orde satu. Kecepatan reaksi klorin adalah :

- rk=k1.Ck1 + k2.Ck2 +k3.Ck3+ k4.Ck4 ... (38)

Gambar I.1 Grafik Kecepatan Reaksi Klorinasi Metana

Konstanta kecepatan reaksi masing-masing diketahui dari figure 15

Mc.Ketta dan dapat dibuat persamaan sesuai hukum Arhenius :

(39)

commit to user

k2 = 8,853 x 106 exp (-10878/T) , /s ... (40) k3 = 1,776 x 106 exp (-10266/T) , /s ... (41) k4 = 1,211 x 106 exp (-10784/T) , /s ... (42) (Mc. Ketta vol.8, 1979)

II.2.4 Tinjauan Termodinamika

Jika ditinjau dari segi termodinamika, harga f0 masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabelII.1 sebagai berikut :

... (43)

(Smith, 1987)

Tabel II f0 masing-masing komponen

Komponen Gf0 (kJ/mol)

HCl -95,33

Cl2 0

CH4 -50,87

CH3Cl -62,93

CH2Cl2 -68,91

CHCl3 -68,52

CCl4 -58,28

(Carl L., Yaws, 1999)

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl 0 = -107,39 kJ/mol CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl 0 = -101,31 kJ/mol CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl 0 = -94,94 kJ/mol CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl 0 = -85,09 kJ/mol

(40)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

26

K298 = 1,382 x 1068

Suhu reaksi, T = 573,15 K.

... (44)

K = 8,52 x 1034

Harga konstanta kesetimbangan reaksi (K) termasuk besar sehingga

reaksi dianggap berjalan searah / irreversible.

Untuk menentukan apakah reaksi bersifat eksotermis atau endotermis,

f.

Tabel II f0 masing-masing komponen

Komponen f0 (kJ/mol)

(41)

commit to user

II.3. Langkah Proses

II.3.1.Diagram Alir Proses

1. Diagram alir kualitatif dapat dilihat pada gambar II.2

2. Diagram alir kuantitatif dapat dilihat pada gambar II.3

(42)

p

(43)

n

.u

n

s.

a

c.

id

d

ig

ilib

.u

n

s.

a

c.

id

c

o

m

it

t

o

u

ser

(44)

p

(45)

commit to user

II.3.2.Uraian Proses

Secara umum proses pembuatan metil klorida dengan klorinasi metana

dapat dibagi menjadi 3 tahap yaitu :

- Penyiapan bahan baku

- Reaksi pembentukan metil klorida

- Pemurnian produk

Penjabaran dan uraian tiap tahap adalah sebagai berikut :

1. Penyiapan bahan baku

a. Metana

Metana dari tangki penyimpan dengan suhu -146,3oC dan tekanan 3 atm dicampur dengan arus atas separator 2 (SP-02)

dengan suhu 7,86 oC sehingga suhunya menjadi 3,63 oC. Setelah itu dipanaskan dalam HE-02 dengan pemanasnya adalah Dowtherm A

keluar HE-01 sehingga suhunya menjadi 300oC sebagai umpan reaktor.

b. Klorin

Klorin dari tangki penyimpan (T-01) pada suhu 30oC dan tekanan 9,2 atm dicampur dengan arus bawah separator

(SP-01) kemudian divalve untuk menurunkan tekanannya menjadi 3

atm. Setelah divalve, klorin akan menguap sebagian. Fase uap dan

cair klorin dipisahkan dalam SP-01, arus atas yang berupa uap

klorin yang bersuhu -5,77oC dipakai untuk mengkondensasi hasil atas MD-01, MD-02, MD-03 di dalam kondensor (CD-01, CD-02,

(46)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

32

kemudian dipanaskan dalam HE-01 dengan pemanasnya adalah

Dowtherm A keluar reaktor sehingga suhunya menjadi 300oC

kemudian diumpankan ke reaktor.

2. Reaksi pembentukan metil klorida

Reaksi pembentukan metil klorida dilakukan dalam reaktor

jenis plug flow multi tube. Gas klorin yang sudah aktif direaksikan

dengan gas metana dan recycle dengan perbandingan mol metana :

klorin yaitu 1,7 : 1 dan kecepatan alir tertentu. Suhu di dalam reaktor

akan naik karena reaksi bersifat eksotermis, maka untuk menjaga agar

suhu tidak melebihi 450oC dialirkan pendingin berupa cairan

Dowtherm A. Konversi metana sebesar 36% mol, selektivitas metil

klorida terhadap metana sebesar 56%, selektivitas metilen klorida

sebesar 35%, selektivitas kloroform 8% dan selektivitas karbon

tetraklorida sebesar 1%. Hasil reaksi berupa produk utama metil

klorida dan produk lainnya berupa metilen klorida, kloroform, karbon

tetraklorida dan hidrogen klorida, sedangkan gas klorin habis bereaksi.

Suhu gas keluar reaktor dan pendingin tinggi, maka panas keduanya

dimanfaatkan memanaskan arus lain.

3. Pemurnian produk

Gas produk keluar reaktor digunakan untuk pemanas pada

reboiler (RB-01) sehingga suhu gas keluar reaktor turun dari 418,34oC menjadi 293,76oC. Kemudian campuran gas ini digunakan untuk pemanas lagi pada RB-02 hingga suhu gas keluar reaktor menjadi

(47)

commit to user

sehingga suhunya menjadi 136,78oC. Gas produk dari reaktor diturunkan suhunya menjadi 80oC di dalam HE-08 dan didinginkan lagi di dalam HE-04 hingga suhunya menjadi 20,75oC, kemudian dimasukkan ke absorber (AB) untuk dipisahkan HCl-nya. HCl diserap

dengan air dari unit utilitas menjadi asam klorida 35% yang kemudian

disimpan dalam tangki (T-07).

Gas hasil atas absorber masih mengandung sisa HCl sehingga

dialirkan ke neutralizer (N) untuk dihilangkan sisa HCl dengan

menggunakan NaOH dari unit utilitas. NaCl hasil reaksi disimpan

dalam tangki (T-08) dan gas hasil atas menuju separator 2 (SP-02)

untuk memisahkan klorometan dengan metananya. Gas hasil atas

neutralizer dialirkan ke kompresor (C-01) untuk menaikkan

tekanannya dari 3 atm menjadi 17 atm, kemudian didinginkan pada

HE-03 dengan pemanas arus bawah SP-02. Arus atas SP-02 yang

berupa metana dan sedikit klorometana direcycle dengan umpan

metana. Arus bawah SP-02 menuju kolom distilasi untuk memurnikan

metil klorida dari produk klorometana yang lainnya. Kolom destilasi

(MD-01)beroperasi pada tekanan 4 atm bertujuan untuk memisahkan

metil klorida dengan produk klorometana lainnya. Metil klorida keluar

sebagai hasil atas kemudian disimpan dalam tangki penyimpan (T-03)

pada suhu 30oC dan tekanan 6,2 atm. Sedangkan hasil bawah berupa campuran klorometana dimasukkan ke dalam kolom destilasi (MD-02)

berfungsi untuk mengambil produk utama. Pada MD-02 produk atas

(48)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

34

(T-04) sedang produk bawah campuran CHCl3 dan CCl4. Hasil bawah tersebut lalu dipisahkan di kolom destilasi (MD-03), sebagai produk

(49)

n

II.4.1. Neraca Massa Total

Satuan : kg/jam

Tabel II.3 Neraca Massa Total

Komponen Input Output

Arus 4 Arus 5 Arus 9 Arus 12 Arus 11 Arus 14 Arus 17 Arus 19 Arus 21 Arus 22 purge

(50)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

36

II.4.2. Neraca Massa Alat

1. Neraca massa di TEE 1

Tabel II.4 Neraca Massa di TEE 1

Komponen Input Output

Arus 1 Arus 2 Arus 3

HCl 243,8768 566,2360 810,1128

Cl2 23719,5291 55052,1450 78771,6741

Total 23963,4059 55618,3810 79581,79

79581,79

2. Neraca massa di TEE 2

Tabel II.5 Neraca Massa di TEE 2

CH4 3423,0591 5663,8592 9086,9184

C2H6 2,4946 82,6952 85,1899

C3H8 2,1890 72,7781 74,9671

CH3Cl 0,0000 333,1457 333,1457

CH2Cl2 0,0000 35,0537 35,0537

CHCl3 0,0000 45,9703 45,9703

Total 3427,7428 6233,5023 9661,2450

(51)

commit to user

3. Neraca massa di sekitar reaktor

Tabel II.6 Neraca Massa Reaktor

Komponen Input Output

CH4 0,0000 9086,9182 5834,1643

C2H6 0,0000 85,1899 85,1899

C3H8 0,0000 74,9671 74,9671

Cl2 23719,5291 0,0000 0,0000

CH3Cl 0,0000 333,1457 5749,2424

CH2Cl2 0,0000 35,0537 6048,0892

CHCl3 0,0000 45,9703 1943,5204

CCl4 0,0000 0,0000 1451,7582

HCl 243,8768 0,0000 12437,7193

Total 23963,4059 9661,24 33624,65

33624,65

4. Neraca massa di sekitar absorber

Tabel II.7 Neraca Massa Absorber

Arus 8 Arus 9 Arus 10 Arus 11

CHCl3 1943,5204 0,0000 1943,5204 0,0000

CCl4 1451,7582 0,0000 1451,7582 0,0000

HCl 12437,7193 0,0000 124,3772 12313,3421

H2O 0,0000 22867,6353 0,0000 22867,6353

Total 33624,6508 22867,6353 21311,31 35180,98

(52)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

38

5. Neraca massa di sekitar neutralizer

Tabel II.8 Neraca Massa Neutralizer

Arus 10 Arus 12 Arus 13 Arus 14

CHCl3 1943,5204 0,0000 1943,5204 0,0000

CCl4 1451,7582 0,0000 1451,7582 0,0000

HCl 124,3772 0,0000 0,0000 0,0000

6. Neraca massa di sekitar separator 2

Tabel II.9 Neraca Massa Separator 2

CHCl3 1943,520 61,912 1881,608

CCl4 1451,758 28,959 1422,800

Total 21186,93 6539,639 14647,284

(53)

commit to user

7. Neraca massa arus purging

Tabel II.10 Neraca Massa Arus Purging

Arus 16 Arus purge Arus 6

CH4 5834,164 170,3046 5663,8592

C2H6 85,182 2,4865 82,6952 8. Neraca massa di sekitar menara distilasi 1

Tabel II.11 Neraca Massa Menara Distilasi 1

CH3Cl 5366,5531 5365,6250 0,9281

CH2Cl2 5976,3228 0,5366 5975,7862

CHCl3 1881,6083 0,0000 1881,6083

CCl4 1422,7995 0,0000 1422,7995

Total 14647,28 5366,1616 9281,1221

14647,28 9. Neraca massa di sekitar menara distilasi 2

CH3Cl _0,9281 _0,9281 _0,0000

CH2Cl2 _5975,7862 _5975,4557 _0,3305

CHCl3 _1881,6083 _0,5976 _1881,0107

CCl4 _1422,7995 _0,0000 _1422,7995

Total 9281,12 5976,9814 3304,1407

(54)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

40

10.Neraca massa di sekitar menara distilasi 3

CH2Cl2 0,3305 0,3305 0,0000

CHCl3 1881,0107 1879,5880 1,4227

CCl4 1422,7995 1,8815 1420,9180

Total 3304,14 1881,80 1422,34

3304,14

II.4.3. Neraca Panas Total

Satuan : kJ/jam

Tabel II.14 Neraca Panas Total

Q4 5.135.969,0650

(55)

commit to user

II.4.4. Neraca Panas Alat

1. Neraca panas di TEE 1

Tabel II.15 Neraca Panas Di TEE 1

Q1 48.178,8138

Q2 406.749,0462

Q3 454.927,8600

Total 454.927,8600 454.927,8600

2. Neraca panas reaktor

Tabel II.16 Neraca Panas Reaktor

Q4 2.044.977.284,1016

Q8 37.585.235,8829

Q reaksi -395,06

Qpendingin -9.276.400

Total 37.585.235,8829 37.585.235,8829

3. Neraca panas absorber

Tabel II.17 Neraca Panas Absorber

Q8 -142.232,7437

Q9 146.652,6371

Q10 161.092,6314

Q11 624.438,9847

Qpelarutan 1.211.900,000

Qpenguapan 430.826,2368

(56)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

42

4. Neraca panas neutralizer

Tabel II.18 Neraca Panas Neutralizer

Q10 161.051,5526

Q12 1.479,1955

Q13 153.505,5340

Q14 5.242,9383

Qreaksi 1.215,4000

Q penguapan 4.997,6877

Total 163.746,1600 163.746,1600

5. Neraca panas separator 2

Tabel II.19 Neraca Panas Separator 2

Q13 7.982.793,198

Q15 94.803,836

Q16 69.440,005

Q penguapan 7.818.549,356

Total 7.982.793,198 7.982.793,198

6. Neraca panas menara distilasi 1

Tabel II.20 Neraca Panas Menara Distilasi 1

Q15 6.065,5108

Q17 412,1147

Q18 4.128,8237

Qcondensor 5.057.501,2051

Qreboiler 5.055.976,6327

(57)

commit to user

Q18 216.959,8319

Q19 53.901,7964

Q20 111.097,1534

Qcondensor 11.751.202,9141

Qreboiler 11.699.242,0320

Total 11.916.201,8639 11.916.201,8639

Q20 858.975,8319

Q21 507.005,9000

Q22 145.918,2775

Qcondensor 3.431.321,6891

Qreboiler 3.225.270,0348

Total 4.084.245,8666 4.084.245,8666

9. Neraca panas separator 1

Tabel II.23 Neraca Panas Separator 1

Q2 5.573.733,7048

Q3 5.166.984,6253

Q4 406.749,0795

(58)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

44

II.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan

II.5.1. Tata Letak Pabrik

Tata letak pabrik merupakan tempat kedudukan keseluruhan bagian

yang ada dalam pabrik meliputi tempat perkantoran (office), tempat

peralatan proses, tempat penyimpanan bahan baku dan produk, tempat unit

pendukungdan tambahan-tambahan yang lain yang dirancang terutama

untuk mendukung kelancaran pelaksanaan proses produksi. Beberapa

tujuan dari pengaturan tata letak pabrik antara lain : penghematan waktu

transportasi bahan baku, produk, alat maupun karyawan dalam areal

pabrik, sehingga waktu proses produksi dapat optimal. Tujuan lainnya,

memanfaatkan areal pabrik secara efektif dan efisien sehingga diharapkan

tidak ada area kosong yang dibiarkan begitu saja dan dapat menghemat

lahan yang berarti pula dapat menghemat biaya investasi dan pajak,

pencegahan kecelakaan kerja, serta tujuan-tujuan lain.

Pada prarancangan pabrik ini, tata letak dari pabrik dapat dilihat pada

Gambar II.4. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan tata letak

pabrik adalah :

1. Perluasan pabrik dan kemungkinan penambahan bangunan

Perluasan pabrik ini harus sudah masuk dalam perhitungan sejak awal,

supaya masalah kebutuhan tempat tidak timbul di masa yang akan datang.

Sejumlah area khusus harus disiapkan untuk dipakai sebagai perluasan

pabrik, penambahan peralatan untuk menambah kapasitas pabrik ataupun

(59)

commit to user

2. Keamanan

Keamanan terhadap kemungkinan adanya bahaya kebakaran, ledakan,

asap atau gas beracun harus benar-benar diperhatikan di dalam penentuan

tata letak pabrik. Untuk itu diperlukan peralatan-peralatan pemadam

kebakaran di sekitar lokasi berbahaya tadi. Tangki penyimpan produk atau

unit-unit yang mudah meledak harus diletakkan di areal khusus serta perlu

adanya jarak antara bangunan satu dengan bangunan yang lain.

3. Utilitas

Pemasangan dan distribusi yang baik dari gas, udara, steam, dan listrik

akan membantu kemudahan kerja dan perawatannya. Penempatan alat

proses sedemikian rupa sehingga petugas dapat dengan mudah

mencapainya dan dapat menjamin kelancaran operasi serta memudahkan

(60)

p

(61)

commit to user

II.5.2. Tata Letak Peralatan

Tata letak alat proses merupakan tempat kedudukan alat-alat yang

digunakan dalam proses produksi. Tata letak peralatan proses pada prarancangan

pabrik ini dapat dilihat pada Gambar II.5. Tata letak alat-alat proses harus

dirancang sedemikian rupa sehingga :

1. Kelancaran proses produksi dapat terjamin.

2. Dapat mengefektifkan penggunaan lahan.

3. Biaya penanganan material menjadi rendah dan menyebabkan terhindarnya

kapital yang tidak penting. Jika lay out peralatan proses dan urut-urutan

proses produksi lancar, maka perusahan tidak perlu membeli alat

transportasi yang menambah biaya investasi.

4. Karyawan mendapatkan kepuasan kerja. Jika karyawan mendapatkan

(62)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

48

T-03

(63)

commit to user

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

49 BAB III

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

III.1. Tangki Penyimpanan Bahan Baku

Tabel III.1 Spesifikasi Tangki Penyimpanan Bahan Baku

Spesifikasi Alat T-01 T-02

Fungsi Menyimpan klorin cair

selama 30 hari

Menyimpan metana selama 7

hari

Tipe Tangki bola (spherical tank) Tangki bola (spherical tank)

Jumlah 3 buah 1 buah

Suhu 300_C _-146,270_C

Tekanan 9,18 atm 3 atm

Kapasitas 47586,80 ft3_(4179,19m3₎

60283,07 ft3 (1722,31m3)

Diameter 687,45 in (17,46 m) 585,61 in (14,87m)

Tebal 0,67 in (0,02 m) 1 in (0,03m)

Tebal isolasi - 20,3 in (0,52 m)

(64)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

50

III.2. Tangki Penyimpanan Produk

Tabel III.2 Spesifikasi Tangki Penyimpanan Produk

Spesifikasi

Alat T-03 T-04

Fungsi menyimpan metil klorida cair selama 30 hari

menyimpan metilen klorida cair selama 30 hari

Tipe Tangki bola (spherical tank) silinder tegak, flat bottom, conical roof

(65)

commit to user

Spesifikasi

Alat T-05 T-06

Fungsi menyimpan kloroform cair selama 30 hari

menyimpan karbon tetraklorida cair selama 30 hari

Tipe silinder tegak, flat bottom,

conical roof

silinder tegak, flat bottom,

conical roof

(66)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

52

Spesifikasi

Alat T-07 T-08

Fungsi menyimpan asam klorida cair selama 30 hari

Menyimpan natrium klorida selama 30 hari

Tipe silinder tegak, flat bottom,

conical roof

Silinder tegak, flat bottom,

conical roof

(67)

commit to user

III.3. Reaktor

Tabel III.3 Spesifikasi Reaktor

Spesifikasi Alat R

Fungsi Mereaksikan klorin dengan metana untuk

membentuk klorometana

Tipe Non adiabatis non isotermal multitube plugflow

reactor

Design 1-1 Shell and Tube

Jumlah 1 buah

Suhu 300 4500C

Tekanan 3 atm

Waktu tinggal 0,3528 detik

Panjang 6 m

(68)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

54

III.4. Absorber

Tabel III.4 Spesifikasi Absorber

Spesifikasi Alat AB

Fungsi Menyerap HCl dari gas produk reaktor

Tipe Menara bahan isian dengan bentuk shell silinder tegak, top

& bottom torispherical head

Suhu 20,750_{C 55,85}0_C

Tekanan 3 atm

Diameter 1,82 m

Tinggi menara 15,08 m

Tinggi packing 8,39 m

Tebal shell 0,38 in (0,95cm)

Tebal head 0,5 in (1,27cm)

Jenis packing Ceramic raschig rings

Diameter packing 2 in

(69)

commit to user

III.5. Neutralizer

Tabel III.5 Spesifikasi Neutralizer

Spesifikasi Alat N

Fungsi Menghilangkan sisa HCl dengan mereaksikan dengan NaOH

Tipe Menara bahan isian dengan bentuk shell silinder tegak, top

& bottom torispherical head

Suhu 31,5 0C 31,59 0C

Tekanan 3 atm

Diameter 1,35 m

Tinggi menara 12,25 m

Tinggi packing 7,53 m

Tebal shell 0,25 in (0,63cm)

Tebal head 0,25 in (0,63cm)

Jenis packing Ceramic raschig rings

Diameter packing 2 in

(70)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

56

III.6. Separator

Tabel III.6 Spesifikasi Separator 1

Spesifikasi Alat SP-01

Fungsi

Memisahkan fase uap dan cair klorin untuk umpan

reaktor

Tipe Drum horizontal,

torispherical head

Suhu -5,64 0_C

Tekanan 3 atm

Kapasitas 17,02 m3

Diameter shell 2,03 m

Panjangshell 7,23 m

Tebal shell 0,0048 m

Tebal head 0,0048 m

Tinggi head 0,0095 m

Tebal isolasi 0,1633 m