commit to user
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK NITROGLISERIN DARI GLISERIN
DAN ASAM NITRAT DENGAN PROSES BIAZZI
KAPASITAS 11.000 TON/TAHUN
Oleh :
Dian Novitasari I 0508015
Deasy Ratnasari I 0508031
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
K
KaattaaPPeennggaannttaarr
iii
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya,
penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan
judul ”Prarancangan Pabrik Nitrogliserin dari Gliserin dan Asam Nitrat dengan
Proses Biazzi Kapasitas 11.000 Ton/Tahun”.
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. Dr. Sunu Herwi Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Fakultas
Teknik Universitas Sebelas Maret
2. Dwi Ardiana S.,, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Paryanto,
M.S. selaku Dosen Pembimbing II, atas bimbingan dan bantuannya dalam
penulisan tugas akhir
3. Inayati S.T., M.T., Ph.D. selaku Pembimbing Akademik.
4. Kedua Orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat
yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.
5. Teman - teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan
2008
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh
karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga
laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.
Surakarta, Juli 2012
commit to user
D
DaaffttaarrIIssii
iv
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Lembar Pengesahan ... ii
Kata Pengantar ... iii
Daftar Isi ... iv
Daftar Tabel ... x
Daftar Gambar ... xii
Intisari ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1
1.2 Kapasitas Perancangan ... 2
1.2.1 Kebutuhan Nitrogliserin di Indonesia ... 3
1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ... 4
1.2.3 Kapasitas Minimal ... 4
1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ... 5
1.4 Tinjauan Pustaka ... 7
1.4.1 Pemilihan Proses ... 8
1.4.1.1 Alasan Pemilihan Proses ... 11
1.4.2 Kegunaan Produk ... . 11
1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ... . 12
1.4.3.1 Bahan Baku ... 12
commit to user
2.3.4.2. Tahap Pembentukan Nitrogliserin ... 30
2.3.4.3. Tahap Pemisahan dan Pemurnian Hasil ... 30
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 31
commit to user
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ... 46
commit to user
D
DaaffttaarrIIssii
vii
3.19 Pompa-09 ... 65
3.20 Storage-01 ... 65
3.21 Storage-02 ... 66
3.22 Storage-03 ... 67
3.23 Storage-04 ... 68
3.24 Silo ... 69
3.25 Bin Hopper ... 69
3.26 Belt Conveyor ... 70
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ... . 72
4.1 Unit Pendukung Proses ... 72
4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 73
4.1.1.1 Air Pendingin ... 73
4.1.1.2 Air Proses ... 76
4.1.1.3 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ... 76
4.1.2 Unit Pengadaan Udara Tekan ... 78
4.1.3 Unit Pengadaan Listrik ... 78
4.2.4.1 Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas .. 79
4.2.4.2 Listrik untuk Penerangan ... 80
4.2.4.3 Listrik untuk AC ... 82
4.2.4.4 Listrik untuk Laboratorium dan Instrumentasi 83 4.1.4 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 83
commit to user
4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 87
4.2.4 Analisa Bahan Baku dan Produk ... 88
4.2.4.1 Densitas ... 88
4.2.4.2 Uji Nyala ... 88
4.2.4.3 Uji Kualitas Nitrogliserin ... 89
commit to user
D
DaaffttaarrIIssii
ix
5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 110
5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ... 111
5.6.1. Penggolongan Jabatan ... 111
5.6.2. Jumlah Karyawan dan Gaji ... 112
5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 114
BAB VI ANALISA EKONOMI ... 116
6.1 Penafsiran Harga Alat ... 116
6.2 Dasar Perhitungan ... 118
6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 119
6.3.1 Modal Tetap ( Fixed Capital Investment ) ... 120
6.3.2 Modal Kerja ( Working Capital Investment ) ... 121
6.4 Biaya Produksi Total ( Total production Cost ) ... 121
6.4.1. Manufacturing Cost ... 121
6.4.1.1. Direct Manifacturing Cost (DMC)……… .. 121
6.4.1.2. Indirect Manifacturing Cost (IMC)……… 122
6.4.1.3. Fixed Manifacturing Cost (FMC)……… 122
6.4.2. General Expense (GE) ... 123
6.5 Keuntungan Produksi ... 123
6.6 Analisa Kelayakan ... 124
Daftar Pustaka ... 131
commit to user
D
DaaffttaarrTTaabbeell
x
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Impor Nitrogliserin di Indonesia Tahun 2003-2010 ... 3
Tabel 1.2 Daftar Pabrik Nitrogliserin di Dunia ... 4
Tabel 2.1 Data-data ΔHof tiap komponen ( T operasi : 25 oC) ... 23
Tabel 2.2 Data-data energi Gibbs tiap komponen (T=25 oC) ... 23
Tabel 2.3 Neraca Massa Mixer-01 (M-01) ... 31
Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor... 32
Tabel 2.5 Neraca Massa Dekanter-01 (FL-01)... 32
Tabel 2.6 Neraca Massa Tangki Pencuci (M-04) ... 33
Tabel 2.7 Neraca Massa Dekanter-02 (FL-02) ... 33
Tabel 2.8 Neraca Massa Mixer-02 (M-02)... 34
Tabel 2.9 Neraca Massa Tangki Netralisasi (M-03) ... 34
Tabel 2.10 Neraca Massa Total ... 35
Tabel 2.11 Neraca Panas Mixer-01 (M-01) ... 36
Tabel 2.12 Neraca Panas Reaktor (R) ... 36
Tabel 2.13 Neraca Panas Dekanter-01 (FL-01) ... 37
Tabel 2.14 Neraca Panas Tangki Pencuci (M-04) ... 37
Tabel 2.15 Neraca Panas Dekanter-02 (FL-02) ... 37
Tabel 2.16 Neraca Panas Mixer-02 (M-02) ... 38
Tabel 2.17 Neraca Panas Tangki Netralisasi (M-03) ... 38
Tabel 2.18 Neraca Panas Overall ... 39
commit to user
D
DaaffttaarrTTaabbeell
xi
Tabel 4.2 Jumlah Kebutuhan Air ... 77
Tabel 4.3 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas ... 79
Tabel 4.4 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan ... 81
Tabel 4.5 Total Kebutuhan Listrik Pabrik ... 83
Tabel 5.1 Perincian Jumlah Karyawan Produksi ... 102
Tabel 5.2 Perincian Jumlah Karyawan Pengolahan Limbah... 103
Tabel 5.3 Perincian Jumlah Karyawan Utilitas ... 103
Tabel 5.4 Jadwal pembagian kelompok shift ... 110
Tabel 5.5 Jumlah Karyawan Menurut Jabatan ... 112
Tabel 5.6 Perincian golongan dan gaji karyawan ... 113
Tabel 6.1 Indeks Harga Alat ... 116
Tabel 6.2 Modal Tetap ... 120
Tabel 6.3 Modal Kerja ... 121
Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost ... 121
Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost ... 122
Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost ... 122
Tabel 6.7 General Expense ... 123
commit to user
D
DaaffttaarrGGaammbbaarr
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik Impor Nitrogliserin di Indonesia ... 3
Gambar 1.2 Pemilihan Lokasi Pabrik Nitrogliserin ... 7
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ... 26
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ... 27
Gambar 2.3 Diagram Alir Proses ... 28
Gambar 2.4 Layout Pabrik ... 42
Gambar 2.5 Layout Peralatan Proses ... 45
Gambar 4.1 Diagram Alir Pengolahan Cooling Brine ... 85
Gambar 4.2 Analisa pada Laboratorium ... 89
Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Nitrogliserin ... 97
Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ... 117
commit to user
I
Innttiissaarrii
xiii
INTISARI
Dian Novitasari dan Deasy Ratnasari, 2012, Prarancangan Pabrik Nitrogliserin dari Gliserin dan Asam Nitrat dengan Proses Biazzi, Kapasitas 11.000 Ton/Tahun, Program studi S1 Reguler, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Nitrogliserin merupakan bahan intermediate yang digunakan untuk proses
pembuatan propelant dari jenis double base dan obat pereda rasa serangan jantung
(angina pectoris). Proses pembuatan nitrogliserin dengan proses Biazzi menggunakan bahan baku gliserin dan asam nitrat dengan katalis asam sulfat. Prarancangan pabrik nitrogliserin kapasitas 11.000 ton/tahun dengan bahan baku gliserin 4.662 ton/tahun dan asam nitrat 9.323 ton/tahun Pabrik direncanakan berdiri di Cilegon, Jawa Barat pada tahun 2016 dan beroperasi pada tahun 2017. Reaksi pembentukan nitrogliserin dari gliserin dan asam nitrat merupakan reaksi fase cair-cair dengan katalis cair. Reaksi berlangsung di reaktor alir tangki berpengaduk pada suhu 15°C dan tekanan 1 atm. Produk yang dihasilkan adalah nitrogliserin dengan kadar etilbenzena sebesar 99%. Tahapan proses meliputi persiapan bahan baku, pembentukan nitrogliserin di dalam reaktor, dan pemurnian produk. Pemurnian produk dilakukan dengan cara pencucian dan pemisahan produk dengan decanter.
Unit pendukung proses pabrik meliputi unit kebutuhan air sebesar 10,48
m3/jam , udara tekan sebesar 60 m3/jam, tenaga listrik sebesar 432,23 kW, bahan
bakar 44,87 L/jam dan refrigerasi. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan. Selain itu terdapat unit pengolahan limbah yang menangani limbah baik padat, cair, maupun gas yang dihasilkan dari proses produksi.
Bentuk perusahaan 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 48,93% dan 39,14%, POT (Pay Out Time)
sebelum dan sesudah pajak selama 1,7 dan 2,03 tahun, BEP (Break Event Point)
42,54% dan SDP 26,10%. Sedangkan DCF (Discounted Cash Flow) sebesar
commit to user
Bab I Pendahuluan
1
BAB 1
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Glycerin trinitrate, atau dikenal dengan nama lain Nitrogliserin atau
1,2,3 trinitroxypropane merupakan zat kimia yang mempunyai rumus molekul
C3H5N3O9, dapat dihasilkan melalui proses nitrasi glycerin pada kondisi
tertentu dengan menggunakan asam campuran berupa asam nitrat dan asam
sulfat.
Nitrogliserin merupakan salah satu bahan kimia yang bisa digunakan
sebagai obat-obatan dan sebagai bahan peledak. Sebagai bahan obat misalnya,
nitrogliserin digunakan sebagai obat untuk meredakan rasa sakit dan
mengurangi frekuensi serangan angina pektoris. Sedangkan jika digunakan
sebagai bahan peledak, nitrogliserin termasuk bahan peledak tingkat tinggi
(high explosive) yang biasa dipakai sebagai bahan peledak di dalam dinamit
dan propelan jenis double base dan triple base. Nitrogliserin sangat penting
dalam usaha pertahanan negara, artinya bisa digunakan dalam keadaan darurat
maupun sebagai bahan yang bisa dipakai untuk latihan perang. Selain sebagai
bahan obat dan bahan peledak, nitrogliserin juga dapat dipakai dalam
bidang-bidang lain semisal bidang-bidang pertambangan maupun usaha-usaha lain, baik
sebagai bahan pembantu maupun bahan baku. Nitrogliserin dapat dihasilkan
commit to user
Bab I Pendahuluan
asam nitrat dan asam sulfat. Asam-asam tersebut pada saat ini telah dapat
diproduksi di dalam negeri begitu pula gliserinnya.
Sampai saat ini, di Indonesia belum ada pabrik yang memproduksi
nitrogliserin, sedangkan kebutuhan akan nitrogliserin diperkirakan terus
meningkat sesuai dengan banyaknya industri maupun pihak-pihak yang
memerlukannya, maka untuk memenuhi kebutuhan nitrogliserin dalam negeri,
negara Indonesia masih harus mengimpor. 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 untuk
membantu pemerintah dalam memecahkan masalah ketergantungan dari luar
negeri dalam pemenuhan kebutuhan nitrogliserin.
I.2. Kapasitas Perancangan
Dalam penentuan kapasitas perancangan pabrik diperlukan beberapa
pertimbangan, yaitu kebutuhan produk, ketersediaan bahan baku, dan kapasitas
rancangan minimum. Pada perancangan pabrik nitrogliserin ini direncanakan
berdiri pada tahun 2017, berkapasitas 11.000 ton/tahun, dengan pertimbangan
sebagai berikut:
1. Pabrik nitrogliserin di dunia saat ini memiliki kapasitas produksi antara
6.500-15.000 ton/tahun. (www.wikipedia.org/industry/glycerin-trinitrate)
commit to user
Bab I Pendahuluan
1.2.1 Kebutuhan Nitrogliserin di Indonesia
Tabel 1.1 Data Impor Nitrogliserin di Indonesia Tahun 2003-2010
Tahun Jumlah (Ton)
( Biro Pusat Statistik, 2010 )
Gambar 1.1 Grafik ImporNitrogliserin di Indonesia
commit to user
Bab I Pendahuluan
Bila dilakukan pendekatan regresi linier, akan diperoleh persamaan
Kapasitas = (103,3 x tahun) + 5608. Dari persamaan tersebut dapat dihitung
besarnya impor gliserin pada tahun 2017 adalah 7175,5 ton/tahun, sehingga
perancangan pabrik ini berkapasitas 11.000 ton/tahun. Kelebihan kapasitas
produksi sekitar 35% direncanakan akan diekspor ke negara-negara yang
membutuhkan nitrogliserin dalam jumlah besar setiap tahunnya, seperti
Amerika, Jerman, dan Italia.
1.2.2 Ketersediaan bahan baku
Untuk memenuhi kebutuhan bahan baku gliserin diperoleh dari PT.
Dover Chemical, Serang Jawa Barat yang berkapasitas 50.000 ton/tahun, asam
nitrat diperoleh dari PT. Multi Nitrotama Kimia, Cikampek yang kapasitas
55.000 ton/tahun, asam sulfat diperoleh dari PT. Kanindo Success Chemical,
Jakarta yang berkapasitas 48.000 ton/tahun.
1.2.3 Kapasitas Minimal
Kapasitas rancangan minimal pabrik nitrogliserin dapat diketahui dari
data kapasitas pabrik nitrogliserin yang telah berdiri.
Tabel 1.2 Daftar Pabrik Nitrogliserin di Dunia
Nama Perusahaan Lokasi
Kapasitas
Ton/tahun
Biazzi SA Swiss 15.000
Biazzi SA Italia 6.500
Akzo Nobel Afrika Selatan 8.000
commit to user
Bab I Pendahuluan
Nama Perusahaan Lokasi
Kapasitas
Ton/tahun
Copperhead Chemical Amerika 10.000
Akzo Nobel Swedia 12.500
Total 61.500
(www.wikipedia.org/industry/glycerin-trinitrate)
Kapasitas rancangan minimum pabrik nitrogliserin yang masih layak
didirikan adalah 6.500 ton/tahun, sehingga pemilihan kapasitas 11.000
ton/tahun masih layak karena masih dalam kisaran kapasitas pabrik yang telah
beroperasi di dunia.
I.3. Lokasi
Pemilihan lokasi pabrik berhubungan langsung dengan segi operasional
dan nilai ekonomis pabrik yang akan didirikan. Berdasarkan beberapa
pertimbangan maka lokasi pabrik nitrogliserin dari gliserin dan asam nitrat ini
direncanakan akan didirikan di kawasan industri Cilegon, Jawa Barat.
Pemilihan lokasi pabrik berdasarkan pertimbangan – pertimbangan sebagai
berikut :
a. Ketersediaan bahan baku
Bahan baku pembuatan nitrogliserin yaitu gliserin dan asam nitrat. Untuk
bahan baku gliserin dapat diperoleh dari PT. Dover Chemical, Serang Jawa
Barat, sedangkan asam nitrat diperoleh dari PT. Multi Nitrotama Kimia di
commit to user
Bab I Pendahuluan
b. Tempat pemasaran
Daerah Cilegon merupakan daerah yang strategis untuk pendirian suatu
pabik karena dekat dengan kawasan industri, pabrik, dan farmasi yang
menggunakan nitrogliserin sebagai bahan baku. Selain itu dengan
pelabuhan yang memudahkan ekspor nitrogliserin ke luar negeri.
c. Sarana transportasi
Transportasi sangat penting bagi suatu industri. Daerah Cilegon dekat
dengan pelabuhan untuk keperluan transportasi impor-ekspor serta jalan
raya dan jalan tol yang memadai sehingga memudahkan pengangkutan
bahan baku dan produk.
d. Keadaan geografis
Daerah Cilegon berada dalam daerah yang beriklim tropis, sehingga cuaca
dan iklim relatif stabil. Begitu pula keadaan tanah yang relatif stabil.
e. Regulasi dan perijinan
Karena terletak dalam daerah industri, maka segala macam perijinan
menjadi lebih mudah. Adanya dorongan dari pemerintah daerah dalam
pengembangan industri juga diharapkan dapat memberikan keuntungan
tersendiri.
f. Ketersediaan sarana pendukung
Fasilitas pendukung berupa air, energi, dan bahan bakar tersedia cukup
memadai. Kebutuhan utilitas dapat dipenuhi oleh perusahaan penyedia jasa
commit to user
Bab I Pendahuluan
PLN yang jalurnya terdapat di kawasan ini dan air dapat diambil dari laut
dan P.T KTI (Krakatau Tirta Industri).
g. Ketersediaan tenaga kerja
Tenaga kerja baik tenaga biasa sampai tenaga ahli dalam jumlah yang
cukup.
Gambar 1.2 Pemilihan Lokasi Pabrik Nitrogliserin
1.4. Tinjauan Pustaka
Nitrogliserin pertama kali ditemukan pada tahun 1847 oleh Sobrero,
akan tetapi baru tahun 1860-an nitrogliserin mulai digunakan sebagai bahan
peledak ketika Immanuel dan Alfred Nobel berhasil mengembangkan metode
mengenai penggunaan nitrogliserin sebagai bahan peledak dengan cukup
aman. Tahun-tahun berikutnya Alfred Nobel berhasil mengembangkan bahan
peledak nitrogliserin yang lebih maju, seperti dinamit pada tahun 1886.
commit to user
Bab I Pendahuluan
Nitrogliserin pada suhu kamar merupakan cairan tak berwarna.
nitrogliserin mudah larut dalam aceton, ethylene diclorid, ethil eter, glacial
acetic acid, nitrobenzene, chloroform dan methanol. Tetapi hanya sedikit larut
dalam ethyl alcohol, propel alcohol, isopropyl alcohol 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 + 3HNO3 H2SO4 C3H5N3O9 + 3H2O
( Technical Manual : Military Explosive,1984)
1.4.1. Pemilihan Proses
a. Proses Batch
Pada proses batch, gliserin dengan kadar tinggi dilarutkan dalam
larutan asam campuran yang terdiri dari 45%-50% asam nitrat dan 50%-55%
asam sulfat. Perbandingan berat asam dan gliserol sebanyak 5,5-6,5.
Temperatur djaga 10-20 oC. Pengadukan dilakukan antara 50-60 menit. Setelah
itu produk dipisahkan, kemudian dinetralisir dengan larutan 2%-3% soda abu
lalu dicuci dengan air sampai air bebas alkali dan nitrogliserin netral. Konversi
yang bisa diperoleh adalah 95%. (Technical Manual : Military Explosive,
commit to user
Bab I Pendahuluan
b. Proses kontinyu
1. Proses Biazzi
Proses Biazzi merupakan proses pembuatan nirogliserin 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
terbentuk 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 reaksi
berlangsung dengan cepat dan penyerapan panas juga berlangsung dengan
cepat.
Setelah meninggalkan separator pertama, asam akan dialirkan menuju
separator 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 menggunakan larutan soda ash. Jika produk
commit to user
Bab I Pendahuluan
kedua, bersama dengan larutan soda ash, dikondusikan 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 injektor nitrator dan separator sentrifugal untuk
memisahkan nitrogliserin dari asam keluar. Asam campuran yang digunakan
sekitar 1,7 bagian asam keluar dan 1 bagian konvensional, 50% asam nitrat dan
50% asam sulfat. Campuran ini terdiri dari 27% asam nitrat dan 10% air.
Gliserin mengalir ke dalam tangki injector dikontrol oleh asam melalui
injector proses ini. Proses ini kurang disukai karena berlangsung pada suhu
tinggi,sekitar 45-50oC. Dalam injektor panas reaksi menjaga temperatur fluida
45-50oC. Control otomatis atau shutdown operasi akan dilakukan jika
temperatur naik beberapa derajat di atas ambang normal. Emulsi
nitrogliserin-air masuk ke sistem 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
commit to user
Bab I Pendahuluan
1.4.1.1Alasan Pemilihan Proses
Dari beberapa macam proses pembuatan nitrogliserin, masing-masing
mempunyai kelebihan dan kekurangan. Beberapa kelebihan proses kontinyu
dibandingkan dengan proses batch :
Produksi lebih cepat
Skala produksi lebih besar
Kontrol 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, dimana masing-masing proses juga memiliki
kekurangan dan kelebihan. Pada Proses Biazzi lebih banyak dipakai karena
suhu yang digunakan selama proses baik di reaktor maupun pada unit
pemurniannya rendah, antara 10-20oC, sehingga lebih aman. Konversi yang
dihasilkan lebih besar, yaitu 95%. Pada Proses Nobel kurang disukai karena
suhu yang digunakan pada reaktor cukup tinggi yaitu sekitar 45-50oC,
sedangkan pada proses pemurnian produk digunakan suhu 15oC. konversi yang
diperoleh juga kecil, bias dilihat dari uraian di atas bahwa untuk unit dengan
kapasitas 25000 liter per jam, jumlah nitrogliserin pada separator selama
operasi hanya 3,5 kg
I.4.2. Kegunaan Produk
Nitrogliserin merupakan salah satu bahan kimia yang bisa digunakan
commit to user
Bab I Pendahuluan
misalnya, nitrogliserin digunakan sebagai obat untuk menghilangkan rasa sakit
dan mengurangi frekuensi serangan angina pectoris. Sedangkan jika digunakan
sebagai bahan peledak, nitrogliserin termasuk bahan peledak tingkat tinggi
(high eksplosive) yang biasa dipakai sebagai bahan peledak di dalam dinamit
dan propelan jenis double base dan triple base.
1.4.3 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk
1.4.3.1 Bahan Baku
1. Gliserin
Sifat fisis :
Rumus Molekul : C3H8O3
Berat molekul : 92,09 kg/kmol
Fase penyimpanan : Cair
Titih didih (1 atm) : 290 oC
Titik lebur (1 atm) : 20 oC
Densitas (1 atm) : 1,2613 g/cm3
Panas pembentukan (25oC) : -582,8 Kj/mol
Energi bebas pembentukan (25 oC) : -448,49 Kj/mol
(Kirk & Othmer, 1999)
Panas pembentukan : 50,17 kJ/mol
Panas penguapan : 33,59 kJ/mol
Panas pembakaran : -3734 kJ/mol
commit to user
Bab I Pendahuluan
Kelarutan dalam air : 0,05
(Perry, 1984)
Sifat Kimia
Jika direaksikan dengan 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
CH3(OH)3 + 3HNO3 H2SO4 C3H5(ONO2)3 +3H2O
(Fessenden, 1997)
2. Asam Nitrat
Sifat fisis :
Rumus Molekul : HNO3
Berat molekul : 63,02 kg/kmol
Bentuk : Cair
Warna : Tidak berwarna
Titih didih (1 atm) : 78 oC
Titik lebur (1 atm) : -42 oC
Densitas (20oC, 1 atm) : 1,504 g/cm3
Viskositas (25 oC) : 0,761 cp
Panas pembentukan (25oC) : -131,38 Kj/mol
commit to user
Bab I Pendahuluan
Energi bebas pembentukan (25 oC) : -74,7 Kj/mol
(Kirk & Othmer, 1999)
Kelarutan dalam air : ∞
(Perry, 1997)
Sifat Kimia
Asam nitrat merupakan senyawa yang sangat berperan dalam proses
nitrasi, yaitu sebagai nitrating agent. Komponen yang dinitrasi antara lain
Benzene
Baik dengan bantuan asam sulfat ataupun tidak. Reaksinya :
C6H6 + HNO3 H2SO4 C6H6NO2 + H2O
C6H6 + HNO3 C6H6NO2 + H2O
Acetylene
HC=CH + 6 HNO3 (NO2)4C + CO2 + 4 H2O + 2NO
Gliserol
C3H8O3 + 3HNO3 H2SO4 C3H5N3O9 + 3 H2O
(Fessenden, 1997)
1.4.3.2 Bahan Pembantu
1. Asam Sulfat
Sifat fisis :
Rumus Molekul : H2SO4
Berat molekul : 98 kg/kmol
Fase penyimpanan : Cair campuran
commit to user
Bab I Pendahuluan
Kemurnian : 98% wt
Titih didih (1 atm) : 338 oC
Titik lebur (1 atm) : 10,49 oC
Densitas (0oC, 1 atm) : 1,0074 g/cm3
(Fessenden, 1997)
Kelarutan dalam air : ∞
(Perry, 1999)
Sifat kimia :
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
-(Fessenden, 1997)
2. Natrium Karbonat
Sifat fisis :
Rumus Molekul : Na2CO3
Berat molekul : 106 kg/kmol
Penampakan : Serbuk putih
Titik lebur (1 atm) : 851 oC
Spesific gravity (30 oC) : 2,533 g/cm3
Kelarutan (40 oC) : 49,7gram/100 gram
Penampakan : serbuk putih
commit to user
Bab I Pendahuluan
Kelarutan dalam air : 455 g/L (100 oC)
(Perry, 1999)
Sifat kimia :
SiO2 + Na2CO3 NaO + SiO2 +CO2
Na2CO3 + Ca(OH)2 2 NaOH + CaCO3
Na2CO3 + CaCl2 CaCO3 + 2NaCl
(Fessenden, 1997)
3. Aseton
Sifat fisis :
Rumus Molekul : (CH3)2CO
Berat molekul : 58 kg/kmol
Titih didih (1 atm) : 56,29 oC
Titik beku (1 atm) : -94,6 oC
Viskositas : 0,32 db
(Kirk & Othmer, 1999)
Kelarutan dalam air : ∞
(Perry, 1999)
Sifat kimia :
1. Dengan proses dehidrogenasi membentuk isopropyl alkohol.
Reaksi :
CH3COCH3 + H2 CH3CHOCH3
commit to user
Bab I Pendahuluan
Reaksi :
CH3COCH3 HCH=C=O + CH4
3. Aseton dapat dikondensasi dengan asetilen membentuk 2 metil 3
butynediol, suatu intermediate untuk isoprene
CH3COCH3 CH3C(CH3)2CCH3
(Kirk & Othmer, 1999)
1.4.3.3 Produk
Nitrogliserin
Sifat fisis :
Rumus Molekul : C3H5N3O9
Berat molekul : 227,09 kg/kmol
Fase penyimpanan : Cairan
Warna : Tak berwarna
Titih didih (1 atm) : 160 oC
Titik lebur (1 atm) : 13,3 oC
Spesific gravity (15oC, 1 atm) : 1,601 g/cm3
Panas pembentukan : -270,9 Kj/mol
Energi bebas pembentukan : -97,9 Kj/mol
(Kirk & Othmer, 1999)
Kelarutan dalam air : 1,38 mg/L (20 oC)
commit to user
Bab I Pendahuluan
Sifat kimia :
Pada suhu 20oC nitrogliserin akan terdekomposisi dengan reaksi
dekomposisi sebagai berikut.
2C3H5N3O9 3CO +2CO2 + 6NO + 4H2O + H2CO
Nitrogliserin sedikit larut dalam air, tidak larut dalam CO2, akan tetapi
mudah larut dalam kebanyakan pelarut organik. Dalam larutan alkali
terutama alkali etanolat, nitrogliserin dapat terhidrolisis menjadi
gliserol dan garam nitrat.
C3H5N3O9 + 3KOH C3H8O3 + 3KNO3
(Kirk & Othmer, 1999)
1.4.4 Tinjauan Proses secara Umum
Reaksi nitrasi adalh proses terjadinya reaksi kimia 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 sintetis karena menghasilkan
pelarut, zat warna, zat yang mudah meledak, farmasi dan bahan intermediate
yang berguna untuk pembuatan senyawa lain seperti amin.
Reaksi nitrasi berlangsung dengan penggantian satu atau lebih gugus
nitro (–NO2) menjadi molekul yang reaktif. Gugus nitro akan menyerang
karbon membentuk nitroaromatik atau nitroparafin. Jika menyerang nitrogen
membentuk nitramin dan jika menyerang oksigen akan membentuk nitrat ester.
commit to user
Bab I Pendahuluan
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
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 dimana 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 asam
campuran (asam nitrat dan asam sulfat) terjadi pada fase cair, sehingga reaktor
yang digunakan adalah isothermal-non adiabatic continous stirred tank
reactor. Suhu reaksi adalah 15 oC dan tekanan operasi adalah 1 atm.
Asam nitrat dicampur terlebih dahulu dengan asam sulfat sebelum
direaksikan dengan gliserin untuk mempercepat disosiasi (pemecahan) asam
nitrat menjadi ion nitrit (NO2+).
CH3(OH)3 + 3HNO3 H2SO4 C3H5(ONO2)3 +3H2O
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
20
BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
2.1.1 Bahan Baku
1. Gliserol (C3H8O3)
Bentuk : cair
Kemurnian : 99,5 %
Impuritas : H2O (0,5% berat)
Sumber: PT Doverchemical (www.doverchem.com)
2. Asam Nitrat (HNO3)
Bentuk : Cair
Warna : Tidak berwarna
Kemurnian : 97 % berat
Impuritas : H2O (3% berat)
Sumber: PT Multitama Nitro Kimia (www.mnk.co.id)
2.1.2 Katalis
3. Asam Sulfat (H2SO4)
Warna : Kecoklatan
Kemurnian : 98 % berat
Impuritas : H2O (2% berat)
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
2.1.3 Produk
Nitrogliserin (C3H5N3O9)
Warna : Tak berwarna
Kemurnian : 99% berat
Impuritas : HNO3 (1% berat)
(www.chemindustries.org/nitroglycerin)
2.2 Konsep Proses
2.2.1 Dasar Reaksi
Dasar pembentukan nitrogliserin merupakan reaksi nitrasi antara asam
nitrat dan gliserin. Proses reaksi dapat digambarkan sebagai berikut :
C3H8O3 + 3HNO3 C3H5(ONO2)3 + 3H2O
Nitrogliserin dibuat dari gliserin yang secara kimia sangat murni, asam
nitrat dan asam sulfat.
(Kirk Othmer, 1997)
2.2.2 Kondisi Operasi
Reaksi nitrasi antara gliserin dan asam nitrat merupakan fase cair-cair
bersifat eksotermis. Pada proses pembuatan nitrogliserin, safety (keamanan)
merupakan hal yang paling utama. Hal ini mengingat sifat dasar nitrogliserin
yang mulai terdekomposisi pada suhu 18oC s.d 20oC dan mudah meledak
sehingga prarancangan pabrik ini menggunakan proses Biazzi pada suhu
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
2.2.3 Mekanisme Reaksi
Reaksi pembuatan nitrogen merupakan reaksi antara asam nitrat dan
gliserin dengan menggunakan katalis asam sulfat (H2SO4).
C3H8O3 + 3HNO3 H2SO4 C3H5(ONO2)3 +3H2O
Mekanisme reaksinya analog seperti pada nitrasi nitrobenzene, sebagai
berikut:
3HNO3 + 6 H2SO4 3 NO2+ + 3 H3O+ + 6 HSO4-
H2-C-OH H2-C-OHNO2
H -C-OH + 3 NO2+ lambat H -C-OHNO2
H2-C-OH H2-C-OHNO2
H2-C-OHNO2 H2-C-ONO2
H -C-OHNO2 + 3 HSO4- cepat H2-C-ONO2 + 3 H2SO4
H2-C-OHNO2 H2-C-ONO2
3 H3O+ + 3 HSO4- 3 H2SO4 + 3 H2O
H2-C-OH H2-C-ONO2
H -C-OH + 3 HNO3 H2SO4 H -C-ONO2 + 3H2O
H2-C-OH H2-C-ONO2
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
2.2.4 Tinjauan Termodinamika
Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan eksotermis atau
endotermis maka diperlukan perhitungan panas pembentukan standar (ΔHo f)
r298K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
ΔG 298 K = ΔG produk - ΔG reaktan
Besarnya konstanta kesetimbangan reaksi pada suhu operasi 15oC
dianggap berjalan satu arah (irreversible).
2.2.5 Tinjauan Kinetika
Konversi pembuatan nitrogliserin dari gliserin dan asam nitrat adalah
95% terhadap gliserin, dengan waktu reaksi 60 menit. (Technical Manual :
Military Explosive, 1984)
Waktu tinggal (Residence time) merupakan waktu yang diperlukan oleh
tiap partikel zat alir dalam reaktor untuk mengalir dari tempat pemasukan
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
Residence time dapat didefinisikan sebagai berikut :
τ =
vo V
dengan, τ : waktu tinggal, jam
V : volume, m3
vo : kecepatan volumetris, m3/jam
2.3 Diagram Alir Proses
2.3.1. Diagram Alir Kualitatif
2.3.2. Diagram Alir Kuantitatif
commit to user
commit to user
commit to user
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
2.3.4. Langkah Proses
Langkah proses pembuatan nitrogliserin dapat dikelompokkan dalam
tiga tahapan proses :
1. Tahap penyiapan bahan baku
2. Tahap pembentukan nitrogliserin
3. Tahap pemisahan dan pemurnian produk
2.3.4.1 `Tahap Persiapan Bahan Baku
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 di pasaran dengan
kemurnian 99,5%
Tahap penyiapan bahan baku meliputi :
1. Asam sulfat dan asam nitrat dari tangki penyimpanan (T-01 dan T-02)
dialirkan menuju mixer 1 (M-01) untuk dilakukan pencampuran. Hal ini
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 = 20:80 (Kirk R.E. & Othmer D.F., 1965).
2. Mengalirkan gliserin dari tangki penyimpan (T-03) dan larutan asam
campuran dari mixer 1 (M-01) ke dalam reaktor dengan terlebih dahulu
didinginkan dengan pendingin (E-01 dan E-02) sampai suhu operasi
reaktor pada 15 oC. Media pendingin yang dipergunakan pada HE adalah
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
cooling brine bisa untuk pendinginan sampai suhu rendah (sub nol).
Range suhu untuk pendinginan cooling brine CaCL2 : -40 sampai dengan
20 oC (Kern, 1950).
2.3.4.2 Tahap Pembentukan Nitrogliserin
Adapun reaksi yang terjadi di reaktor adalah :
CH3(OH)3 + 3HNO3 H2SO4 C3H5(ONO2)3 + 3H2O
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.
2.3.4.3 Tahap Pemisahan dan Pemurnian Produk
Nitrogliserin hasil reaksi, gliserin, sisa asam nitrat dan sisa asam
sulfat keluar dari reaktor menuju decanter FL-01 untuk dipisahkan dari sisa
asam campuran berdasarkan kelarutan dan perbedaan densitas. Nitrogliserin
berada pada lapisan bawah dipompa menuju tangki pencuci M-04 untuk
dicuci dengan air yang sebelumnya telah didinginkan dengan E-03 (media
pendingin adalah cooling brine). Hasil sisa dari decanter FL-01 yang berupa
sebagian besar asam bekas, sedikit gliserin dan nitrogliserin dipompa
menuju tangki netralisasi M-03 untuk dinetralkan dengan larutan natrium
karbonat yang dicampur air pada 02. Hasil keluaran tangki netralisasi
M-03 dengan CO2 terlarut dalam air akan dipompa menuju unit pengolahan
limbah.
Nitrogliserin dari tangki pencuci M-04 dipompa menuju decanter
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
penyimpanan, kemudian menuju unit packaging. Pada unit packaging,
nitrogliserin dicampur dengan aseton dengan perbandingan 30% berat
aseton dan 70% berat nitrogliserin. Hasil atas decanter FL-02 aka dipompa
menuju unit pengolahan limbah. Masing-masing alat pada pemurnian
produk dilengkapi dengan isolasi jenis polyurethane untuk menjaga pada
suhu 15 0C .
2.3 Neraca Massa dan Neraca Panas
Kemurnian produk : nitrogliserin 99 %
Impuritas : 0,1 % campuran asam dan air
Kapasitas perancangan : 11.000 ton/tahun
Waktu operasi selama 1 tahun : 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam
2.4.1 Neraca Massa
Diagram alir neraca massa sistem tabel
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Satuan : kg
Tabel 2.2 Neraca Massa Mixer-01 (M-01)
Komponen
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Arus 1 Arus 2 Arus 4
H2SO4 294,2816 294,2816
HNO3 1177,1262 1177,1262
H2O 6,0057 36,4060 42,4117
Jumlah 300,2873 1213,5322 1513,8195
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.3 Neraca Massa Reaktor (R)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Arus 3 Arus 4 Arus 5
C3H5N3O9 1378,8029
C3H8O3 588,5631 29,4282
HNO3 1177,1262 29,2268
H2SO4 294,2816 294,2816
H2O 2,9576 42,4117 373,6008
Jumlah 591,5207 1513,8195 2105,3402
2105,3402 2105,3402
Tabel 2.4 Neraca Massa Dekanter-01 (FL-01)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Arus 5 Arus 6 Arus 7
C3H5N3O9 1378,8029 1376,9001 1,9027
C3H8O3 29,4282 2,0600 27,3682
HNO3 29,2268 2,0459 27,1810
H2SO4 294,2816 20,5997 273,6818
H2O 373,6008 26,1521 347,4487
Jumlah 2105,3402 1427,7577 677,5825
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.5 Neraca Massa Tangki Pencuci (M-04)
Komponen
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Arus 6 Arus 8 Arus 9
C3H5N3O9 1376,9001 1376,9001
C3H8O3 2,0600 2,0600
HNO3 2,0459 2,0459
H2SO4 20,5997 20,5997
H2O 26,1521 741,1667 767,3188
Jumlah 1427,7577 741,1667 2168,9245
2168,9245 2168,9245
Tabel 2.6 Neraca Massa Dekanter-02 (FL-02)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Arus 9 Arus 10 Arus 11
C3H5N3O9 1376,9001 1,9001 1375,0000
C3H8O3 2,0600 1,9158 0,1442
HNO3 2,0459 1,9027 0,1432
H2SO4 20,5997 19,1577 1,4420
H2O 767,3188 755,8090 11,5098
Jumlah 2168,9245 780,6853 1388,2392
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.7 Neraca Massa Mixer-02 (M-02)
Komponen
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Arus 12 Arus 13 Arus 14
Na2CO3 318,6410 318,6410
H2O 6,5029 6047,6766 6054,1795
Jumlah
325,1439 6047,6766 6372,8205
6372,8205 6372,8205
Tabel 2.8 Neraca Massa Tangki Netralisasi (M-03)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Arus 7 Arus 14 Arus 15
C3H5N3O9 1,9027 1,9027
C3H8O3 27,3682 27,3682
HNO3 27,1810
H2SO4 273,6818
Na2CO3 318,6410
Na2SO4 396,3755
NaNO3 36,6654
CO2 132,2961
H2O 347,4487 6054,1795 6455,7972
Jumlah 677,5825 6372,8205 7050,4030
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.9 Neraca Massa Total
Komponen Arus Masuk (kg/jam)
1 2 3 8 12 13
Jumlah 300,2873 1213,5 591,52 741,16 325,1439 6047,6766 9219,3275
Komponen Arus Keluar (kg/jam)
10 11 15
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
2.4.2 Neraca Panas
Diagram alir neraca panas sistem tabel
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Satuan : kJ
Tabel 2.10 Neraca Panas Mixer-01 (M-01)
Komponen
Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
Arus 1 Arus 2 Qpelarutan Arus 4 Qloss
H2SO4 45.541,45
46.925,53
51.203,40
1.776,05
HNO3 10.348,02 46.743,88
H2O 125,67 761,82 3.979,17
Jumlah 103.702,49 103.702,49
Tabel 2.11 Neraca Panas Reaktor (R)
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar
Arus 3 Arus 4 Qreaksi Arus 5
C3H5N3O9 1.644.800,2885 18.870,4947
C3H8O3 13.937,0069 3.538.536,7595 696,8503
HNO3 20.639,8506 512,4663
H2SO4 4.174,7403 2.460.825,2379 4.174,7403
H2O 124,0632 1.779,3734 4.404.348,9453 15.674,2733
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.12 Neraca Panas Dekanter-01 (FL-01)
Komponen Masuk Keluar (kJ/jam)
Arus 5 Arus 6 Arus 7
Jumlah 39.928,82 39.928,82
Tabel 2.13 Neraca Panas Tangki Pencuci (M-04)
Komponen
Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
Arus 6 Arus 8 Arus 9
Jumlah 51.413,8947 51.413,8947
Tabel 2.14 Neraca Panas Dekanter-02 (FL-02)
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
Arus 9 Arus 10 Arus 11
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.15 Neraca Panas Mixer-02 (M-02)
Komponen
Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
Arus 12 Arus 13 Qreaksi Arus 14
Na2CO3 861,05
264,905
2.600,06
H2O 140,45 130.617,50 393.923,59
Jumlah 396.523,65 396.523,65
Tabel 2.16 Neraca Panas Tangki Netralisasi (M-03)
Komponen
Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
Arus 7 Arus 14 Qnetralisasi Arus 15 Qloss
H2O 14.577,074 1.172,496 3.925.758,
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.17 Neraca panas overall
Input Output
Komponen kJ/jam Komponen kJ/jam
Arus 1 45.667,12 Arus 10 32.077,01
Qreaksi 49.787,24 Qkoil reaktor 50.851,74
Qnetralisasi
3.912.571,52 Qloss 100.193,93
Total
4.311.741,32 4.311.741,32
2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses
2.5.1 Lay Out Pabrik
Tata letak adalah tempat kedudukan keseluruhan bagian dari
perusahaan yang meliputi tempat kerja alat, tempat kerja orang,
tempat penimbunan bahan dan hasil, tempat utilitas, perluasan, dan
lain-lain.
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
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus
diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :
1. Pabrik parasetaldehida 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. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah outdoor untuk
menekan biaya bangunan dan gedung, dan juga karena iklim
Indonesia memungkinkan konstruksi secara outdoor.
4. Letak masing-masing alat produksi sedemikian rupa sehingga
memberikan kelancaran dan keamanan bagi tenaga kerja. Selain
itu, penempatan alat-alat produksi diatur secara berurutan sesuai
dengan urutan proses kerja masing-masing berdasarkan
pertimbangan teknik, sehingga diapat diperoleh efisiensi teknis
dan ekonomis.
5. Alat-alat yang berisiko tinggi harus diberi jarak yang cukup
sehingga aman dan mudah mengadakan penyelamatan jika terjadi
kecelakaan, kebakaran dan sebagainya.
6. Jalan-jalan dalam pabrik harus cukup lebar dan memperhatikan
faktor keselamatan manusia, sehingga lalu lintas dalam pabrik
dapat berjalan dengan baik. Perlu dipertimbangkan juga adanya
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
7. Letak kantor dan gudang mudah dijangkau dari jalan utama
(Vilbrant, 1959)
Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian
utama, yaitu :
a. Daerah perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol
Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur
kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat
pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan
diproses serta produk yang dijual
b. Daerah proses
Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses
berlangsung.
c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk.
Merupakan daerah untuk tangki bahan baku dan produk.
d. Daerah gudang, bengkel dan garasi.
Merupakan daerah untuk menampung bahan-bahan yang
diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan
proses.
e. Daerah utilitas
Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung
proses berlangsung dipusatkan.
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
16
16
13
2
4 10
11
3
1 12
15
17
5
1 14
8
9
6 7
5
Gambar 2 - 4 Layout Pabrik
commit to user
Bab II Deskripsi Proses Keterangan :
1. Pos keamanan 7. Gudang 13. Unit proses
2. Garasi 8. Control room 14. Masjid
3. Parkir karyawan 9. Laboratorium 15. Pembangkit listrik
4. Kantin 10. Klinik 16. Area perluasan
5. Kantor 11. Pemadam 17.Pengolahan limbah
6. Bengkel 12. Unit Utilitas
2.5.2 Lay Out Peralatan Proses
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay
out peralatan proses pada pabrik parasetaldehida, antara lain :
1. Aliran bahan baku dan produk
Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan
keuntungan ekonomi yang besar serta menunjang kelancaran dan
keamanan produksi.
2. Aliran udara
Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses perlu diperhatikan
kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya
stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan
akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
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.
5. Pertimbangan ekonomi
Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan
biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi
pabrik.
6. Jarak antar alat proses
Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi
tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga
apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka
commit to user
Bab II Deskripsi Proses
TT-01 TT-02 TT-03
M-01
M-04
R
TT-04
M-03
M-02
FL-01 FL-02
S
Gambar 2.5 Tata Letak Peralatan Proses
Keterangan :
FL : dekanter
M : mixer
R : reaktor
TT : tangki
Tangki
Tangki
H2O = 24.9111 kg/jam H2O = 741.1667 kg/jam
FL-02
H2O = 6047.6766 kg/jam Na2CO3 = 318.6410 kg/jam H2O = 6.5029 kg/jam
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif
Tangki
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif