PABRIK ACETALDEHYDE DARI ETHYL ALCOHOL DENGAN VEBA – CHEMIE PROCESS.

(1)

PABRIK ACETALDEHYDE

DARI ETHYL ALCOHOL

DENGAN VEBA – CHEMIE PROCESS

PRA RENCANA PABRIK

Oleh :

SIGIT ADE PAMUNGKAS

053101 0082

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” JAWA TIMUR

(2)

ii

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan rasa syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa dan dengan segala rahmat serta karuniaNya sehingga penyusun telah dapat

menyelesaikan Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Acetaldehyde Dari Ethyl Alcohol Dengan Veba-Chemi Process”, dimana Tugas Akhir ini merupakan tugas yang diberikan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program

pendidikan kesarjanaan di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pembangunan Nasional Surabaya.

Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Acetaldehyde Dari Ethyl Alcohol Dengan Veba-Chemi Process” ini disusun berdasarkan pada beberapa sumber yang berasal dari beberapa literatur , data-data , majalah kimia, dan internet.

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

Akhir ini kepada :

1. Bapak Ir. Bambang Wahyudi, MT

Selaku Dekan FTI UPN “Veteran” Jawa Timur

2. Ibu Ir. Retno Dewati, MT

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

3. Ibu Ir. Tjatoer Welasih, MT selaku dosen pembimbing.

(3)

5. Seluruh Civitas Akademik Jurusan Teknik Kimia , FTI , UPN “Veteran” Jawa Timur.

6. Kedua orangtua kami yang selalu mendoakan kami.

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

Kami menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, karena itu segala kritik dan saran yang membangun kami harapkan dalam

sempurnanya tugas akhir ini.

Sebagai akhir kata, penyusun mengharapkan semoga Tugas Akhir yang

telah disusun ini dapat bermanfaat bagi kita semua khususnya bagi mahasiswa Fakultas Teknologi Industri jurusan Teknik Kimia.

(4)

iv

INTISARI

Perencanaan pabrik acetaldehyde ini diharapkan dapat berproduksi dengan

kapasitas 120.000 ton acetaldehyde/tahun dalam bentuk liquid. Pabrik beroperasi secara continuous selama 330 hari dalam setahun.

Acetaldehyde mempunyai kegunaan utama sebagai bahan baku utama

pada industri kimia organik seperti pada industri sintesa acetic acid, n-butyl alcohol, ethyl acetate dan beberapa industri kimia lainnya. Secara singkat, uraian

proses dari pabrik acetaldehyde sebagai berikut :

Pertama-tama ethyl alcohol diuapkan kemudian dioksidasi pada reaktor menghasilkan acetaldehyde. Acetaldehyde kemudian diserap pada kolom absorber

dan kemudian dimurnikan dengan kolom distilasi sebagai produk akhir.

Pendirian pabrik berlokasi di Manyar, Gresik dengan ketentuan : Bentuk Perusahaan : Perseroan Terbatas Sistem Organisasi : Garis dan Staff

Jumlah Karyawan : 186 orang Sistem Operasi : Continuous

(5)

Analisa Ekonomi :

* Massa Konstruksi : 2 Tahun

* Umur Pabrik : 10 Tahun

* Fixed Capital Investment (FCI) : Rp. 38.713.136.000 * Working Capital Investment (WCI) : Rp. 80.322.827.000

* Total Capital Investment (TCI) : Rp. 119.035.963.000 * Biaya Bahan Baku (1 tahun) : Rp. 834.801.308.000 * Biaya Utilitas (1 tahun) : Rp. 7.050.688.000

- Steam = 996.096 lb/hari

- Air pendingin = 1.578 M3/hari

- Listrik = 15.168 kWh/hari

- Bahan Bakar = 2.736 liter/hari * Biaya Produksi Total (Total Production Cost) : Rp. 963.873.928.000

* Hasil Penjualan Produk (Sale Income) : Rp. 983.787.090.000 * Bunga Bank (Kredit Investasi Bank Mandiri) : 19%

* Internal Rate of Return : 21,69%

* Rate On Investment : 21,44%

* Rate On Equity : 30,86%

(6)

vi

DAFTAR TABEL

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

Tabel VII.2. Jenis Dan Jumlah Fire – Extinguisher ………. VII - 7 Tabel VIII.2.1. Baku mutu air baku harian ……….………… VIII-7

Tabel VIII.2.3. Karakteristik Air boiler dan Air pendingin ………… VIII-9 Tabel VIII.4.1. Kebutuhan Listrik Untuk Peralatan Proses Dan Utilitas

……….……….……….…… VIII-60 Tabel VIII.4.2. Kebutuhan Listrik Untuk Penerangan Ruang Pabrik

Dan Daerah Proses ……….………. VIII-62 Tabel IX.1. Pembagian Luas Pabrik ……….……… IX - 8

Tabel X.1. Jadwal Kerja Karyawan Proses ……….…… X - 11 Tabel X.2. Perincian Jumlah Tenaga Kerja ……….…… X - 13 Tabel XI.4.A. Hubungan kapasitas produksi dan biaya produksi … XI - 8

Tabel XI.4.B. Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal sendiri

……….……….……….…… XI - 9

Tabel XI.4.C. Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal pinjaman ……….……….……….……… XI - 9

Tabel XI.4.D. Tabel Cash Flow ……….……….…… XI - 10 Tabel XI.4.E. Pay Out Periode ……….……….…… XI - 14

(7)

DAFTAR GAMBAR

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

Gambar IX.2 Peta Lokasi Pabrik ……….……….……… IX - 10 Gambar IX.3 Lay Out Peralatan Pabrik ……….………. IX - 11

(8)

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……….……….………. i

KATA PENGANTAR ……….……….………. ii

INTISARI ……….……….……….……… iv

DAFTAR TABEL ……….……….……….…… vi

DAFTAR GAMBAR ……….……….……… vii

DAFTAR ISI ……….……….……….………… viii

BAB I PENDAHULUAN ……….……….……… I – 1 BAB II SELEKSI DAN URAIAN PROSES ……….…… II – 1

BAB III NERACA MASSA ……….……….…… III – 1 BAB IV NERACA PANAS ……….……….……… IV – 1 BAB V SPESIFIKASI ALAT ……….……….. V – 1

BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA ………. VI – 1 BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA …. VII – 1 BAB VIII UTILITAS ……….……….……… VIII – 1

BAB IX LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ……….. IX – 1 BAB X ORGANISASI PERUSAHAAN ……….………… X – 1

BAB XI ANALISA EKONOMI ……….……….… XI – 1 BAB XII PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN ……….. XII – 1

(9)

LEMBAR PENGESAHAN

PABRIK ACETALDEHYDE

DARI ETHYL ALCOHOL

DENGAN VEBA – CHEMIE PROCESS

Oleh :

SIGIT ADE PAMUNGKAS

053101 0082

Disetujui untuk diajukan dalam ujian lisan

Dosen Pembimbing

(10)

I - 1

---

Pra Rencana Pabrik Acetaldehyde

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Acetaldehyde atau disebut juga dengan ethanal atau acetic aldehyde adalah suatu senyawa kimia organik dengan rumus CH3CHO sehingga sering disingkat menjadi “MeCHO = Methyl-CHO”, merupakan bahan kimia yang mudah terbakar. Acetaldehyde banyak terdapat dialam, seperti didalam buah-buahan,

kopi, daging dan diproduksi secara alami oleh tumbuhan untuk proses metabolisme.

Acetaldehyde mempunyai kegunaan utama sebagai bahan baku utama pada industri kimia organik seperti pada industri sintesa acetic acid, n-butyl alcohol,

ethyl acetate dan beberapa industri kimia lainnya. Kegunaan lainnya dapat dijumpai pada industri pembuatan resin, karet, pelarut, dan industri pengawet makanan dan minuman.

Industri acetaldehyde di Indonesia mempunyai perkembangan yang stabil,

hal ini dapat dilihat dengan berkembangnya industri kimia alkohol, resin, karet, makanan terutama kebutuhan bahan pengawet makanan di Indonesia. Pendirian

(11)

Pendahuluan --- I - 2

I.2. Manfaat

Manfaat lebih lanjut dengan didirikannya pabrik ini diharapkan dapat mengurangi impor acetaldehyde, sehingga Indonesia tidak mengimpor

acetaldehyde. Dengan demikian dapat mendorong pertumbuhan industri-industri kimia, menciptakan lapangan pekerjaan, mengurangi pengangguran dan yang

terakhir diharapkan dapat menumbuhkan serta memperkuat perekonomian di Indonesia. Kebutuhan acetaldehyde di Indonesia dipenuhi oleh beberapa negara pengimpor. Sampai saat ini Indonesia masih membutuhkan acetaldehyde dari

negara-negara penghasil acetaldehyde.

I.3. Aspek Ekonomi

Acetaldehyde sangat penting dalam industri kimia sintesa senyawa kimia dan industri pengawet makanan dan minuman. Data kebutuhan dari Departemen

Perindustrian dan Perdagangan tahun 2004-2008 terlihat pada table I.1, sehingga kebutuhan pada tahun 2012 dapat ditentukan dengan metode regresi linier

sehingga penentuan prediksi kapasitas produksi dapat direncanakan.

Tabel I.1. Data impor acetaldehyde

Tahun Kebutuhan (ton/th)

(12)

Pendahuluan --- I -

---

3

Dengan menggunakan Metode Regresi linier, dengan persamaan : y = a + bx Dengan : a = y (rata-rata harga y)

b =

 

n x x

n y x y x

2 2

i i

  

   

(n = jumlah data)

(Peters & Timmerhaus : 760)

Berdasarkan data kebutuhan pada tahun 2008, maka untuk kapasitas pabrik

terpasang digunakan :

Kapasitas produksi terpasang = 120.000 ton/th

Kapasitas produksi harian = 120.000 ton/th / 330 hari/th  364 ton/hari

Dengan demikian, maka penting sekali adanya perencanaan pendirian pabrik acetaldehyde di Indonesia. Hal ini membantu industri-industri dalam

(13)

I.4. Sifat Bahan Baku dan Produk Bahan Baku :

I.4.A. Ethyl alcohol (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7ed)

Nama Lain : Ethanol, Hydroxyethane

Rumus Molekul : C2H5OH (komponen utama)

Rumus Bangun :

Berat Molekul : 46

Warna : tidak berwarna

Bau : berbau khas alkohol

Bentuk : liquid

Specific gravity : 0,789

Melting point : -112C (1 atm)

Boiling point : 78,4C (1 atm)

Solubility, Water : ~

Solubility, Alcohol : larut

Komposisi ethanol : (alibaba.com)

Komponen % Berat

C6H5OH 99,50%

H2O 0,50%

(14)

Pendahuluan --- I -

---

5

I.4.B. Oxygen (dalam udara) (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7ed)

Nama Lain : Oksigen

Rumus Molekul : O2 (komponen utama)

Rumus Bangun : O – O Berat Molekul : 32

Bau : tidak berbau

Bentuk : gas

Specific gravity : 1,000 (gas)

Melting point : -218,4C (1 atm)

Boiling point : -183C (1 atm)

Solubility, Cold Water : 4,89 kg/100 kg H2O (H2O = 0C)

Solubility, Hot Water : 1,70 kg/100 kg H2O (H2O = 100C)

Solubility, Alcohol : larut

Komposisi udara kering :

Komponen % Berat

O2 21,00%

N2 79,00%

(15)

Produk :

I.4.C. Acetaldehyde (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7ed) Nama Lain : Ethanal, Acetic aldehyde

Rumus Molekul : CH3CHO (komponen utama)

Rumus Bangun :

Berat Molekul : 44

Bau : tidak berbau

Bentuk : liquid

Specific gravity : 0,783

Melting point : -123,5C

Boiling point : 20,2C

Solubility, Water : ~

Solubility, Alcohol : ~

Komposisi Acetaldehyde : (chemicalland21.com)

(16)

II - 1

---

BAB II

SELEKSI DAN URAIAN PROSES

II.1. Macam Proses

Secara umum terdapat dua proses pembuatan acetaldehydeyaitu : oksidasi

dan dehydrogenasi. Untuk proses oksidasi terdapat beberapa cara tergantung pada bahan baku sedangkan untuk proses dehydrogenasi hanya menggunakan bahan baku ethyl alcohol. Secara ringkas macam pembuatan acetaldehyde adalah :

II.1.1. Proses Oksidasi

II.1.1.A. Oksidasi Ethylene

II.1.1.B. Oksidasi Ethyl Alcohol Silver-Gauze Process II.1.1.C. Oksidasi Ethyl Alcohol Veba-Chemie Process II.1.2. Proses Dehydrogenasi

II.1.1.A. Oksidasi Ethylene

Pada proses ini bahan baku yang digunakan adalah gas ethylene dengan

(17)

Seleksi & Uraian Proses --- II - 2

berisi katalis larutan cupric chloride (CuCl2) dan palladium chloride (PdCl2). Reaktor dijaga kondisi operasinya pada tekanan 100 psi (6,8 atm), dengan suhu

125C-130C. Reaksi yang terjadi :

C2H4(g) + ½ O2(g) CuCl2;PdCl2CH3CHO(g)

Produk atas reaktor berupa campuran acetaldehyde dan impuritis

kemudian diumpankan ke kolom absorber untuk proses penyerapan uap acetaldehyde dengan air proses. Acetaldehyde yang terserap kemudian diumpankan ke kolom ke-2 untuk proses penguapan acetaldehyde dan

memisahkan air dalam larutan acetaldehyde. Acetaldehyde kemudian diumpankan pada kolom terakhir untuk proses pemisahan limbah gas dan siap dikemas sebagai

produk akhir. Yields untuk proses ini berkisar antara 95%.

II.1.1.B. Oksidasi Ethyl Alcohol Silver-Gauze Process

(18)

Seleksi & Uraian Proses --- II -

---

3

dijaga kondisi operasinya pada tekanan 1 atm dengan suhu 375C-550C. Reaksi

yang terjadi :

C2H5OH(g) + ½ O2(g) Ag CH3CHO(g) + H2O(g)

Produk reaktor berupa campuran acetaldehyde dan impuritis kemudian diumpankan ke kolom scrubber-1 untuk proses penyerapan uap acetaldehyde

dengan ethyl alcohol encer (50%). Uap Acetaldehyde yang tidak terserap kemudian diserap dengan air proses pada kolom scrubber-2. Acetaldehyde yang terserap kemudian diumpankan ke kolom ke-1 untuk proses pemisahan

acetaldehyde dan ethyl alcohol, dimana acetaldehyde dikondensasi dan siap untuk dikemas sebagai produk ahir, sedangkan ethyl alcohol dimurnikan sampai 95%

pada kolom ke-2. Yields untuk proses ini berkisar antara 85-95%.

II.1.1.C. Oksidasi Ethyl Alcohol Veba-Chemie Process

(19)

yang terjadi :

Produk reaktor berupa campuran acetaldehyde dan impuritis didinginkan secara mendadak (quenching) pada cooler untuk kemudian diumpankan pada

kolom scrubber. Pada kolom scrubber terjadi proses penyerapan acetaldehyde dengan air proses, dimana acetaldehyde yang terserap kemudian dimurnikan pada kolom distilasi, sedangkan campuran gas yang tidak terserap dibuang ke

pengolahan limbah gas. Pada pemurnian acetaldehyde, produk bawah kolom berupa ethyl alcohol direcycle kembali ke reaktor, sedangkan produk atas kolom

berupa acetaldehyde dikondensasi dan siap dikemas sebagai produk akhir. Yields untuk proses ini berkisar antara 97-99%.

II.1.2. Proses Dehydrogenasi

(20)

---

5

udara untuk diumpankan ke reaktor yang berisi katalis chromium-copper. Reaktor

yang terjadi : C2H5OH(g) Cr ,Cu CH3CHO(g) + H2(g)

Produk reaktor berupa campuran acetaldehyde dan impuritis kemudian diumpankan ke kolom scrubber-1 untuk proses penyerapan uap acetaldehyde

dengan ethyl alcohol encer (50%). Uap Acetaldehyde yang tidak terserap kemudian diserap dengan air proses pada kolom scrubber-2. Acetaldehyde yang terserap kemudian diumpankan ke kolom ke-1 untuk proses pemisahan

acetaldehyde dan ethyl alcohol, dimana acetaldehyde dikondensasi dan siap untuk dikemas sebagai produk ahir, sedangkan ethyl alcohol dimurnikan sampai 95%

(21)

II.2. Seleksi Proses

Macam Proses Parameter Oksidasi

Ethylene

Oksidasi Silver-Gauze

Oksidasi

Veba-Chemie Dehydrogenasi

Bahan Baku Ethylene Ethyl Alcohol Ethyl Alcohol Ethyl Alcohol

Pereaksi Oxygen Udara Udara Udara

Katalis CuCl2,PdCl2 Silver-gauze Silver Cr,Cu Suhu Operasi 125-130oC 375-550oC 500-650oC 375-550oC Tekanan operasi 6,8 atm 1 atm 1 atm 1 atm Waktu proses kontinyu kontinyu kontinyu kontinyu Instalasi Peralatan Kompleks Kompleks Sederhana Kompleks Yields produk 95% 85-95% 97-99% 85-95%

Dari uraian cara pembuatan acetaldehyde yang telah dijelaskan di atas, maka proses yang paling efisien adalah pembuatan acetaldehyde dengan Veba-Chemie process. Keuntungan dari proses ini adalah :

1. Bahan lebih mudah didapat dan harganya murah.

2. Proses oksidasi hanya menggunakan udara bukan oxygen murni.

3. Katalis yang digunakan lebih sedikit dan ekonomis.

4. Tekanan operasi lebih rendah, sehingga biaya instalasi lebih ekonomis. 5. Yields dan kemurnian produk yang diperoleh lebih tinggi.

(22)

---

7

II.3. Uraian Proses

Pada pra rencana pabrik ini, dapat dibagi menjadi 3 Unit pabrik, dengan pembagian unit sebagai berikut :

1. Unit Pengendalian Bahan Baku Kode Unit : 100 2. Unit Proses Kode Unit : 200

3. Unit Pengendalian Produk Kode Unit : 300

Adapun uraian proses pembuatan acetaldehyde dengan Veba-Chemie Process adalah sebagai berikut :

Pertama-tama ethyl alcohol dengan kadar 99,5% dari supplier ditampung pada tangki F-110, kemudian dipompa menuju ke vaporizer V-112 untuk proses

penguapan dan pemanasan awal dengan suhu operasi 300C. Uap ethyl alcohol

kemudian dicampur dengan udara dari blower G-120 yang sudah dipanaskan pada

heater E-121 sampai suhu 300C. Campuran uap ethyl alcohol dan udara panas

kemudian diumpankan pada bagian atas reaktor R-210.

Pada reaktor R-210 terjadi reaksi oksidasi ethyl alcohol menjadi acetaldehyde dengan bantuan katalis silver. Reaksi dijaga dengan kondisi operasi

tekanan 1 atm dan suhu 500C. Reaksi yang terjadi :

Yields reaksi = 97% (Ullmann’s 6ed: 7)

Produk reaksi berupa campuran acetaldehyde dan gas sisa reaksi kemudian

didinginkan pada sub-cooler E-220 sampai dengan suhu 130C. Campuran

(23)

kolom absorber berupa limbah gas kemudian dibuang ke pengolahan limbah, sedangkan produk bawah berupa larutan acetaldehyde, ethyl alcohol, dan air ditampung pada tangki kondensat F-232. Larutan kemudian dipompa menuju ke

kolom distilasi-1 D-240 yang sebelumnya dipanaskan pada heater E-234 sampai mencapai suhu boiling point feed.

Pada kolom distilasi-1 D-240 terjadi proses pemisahan antara acetaldehyde, ethyl alcohol, dan air berdasarkan titik didih. Produk bawah berupa larutan ethyl alcohol dan air kemudian dimurnikan pada kolom distilasi-2 D-250

sampai dengan kadar 99,5% untuk kemudian direcycle kembali reaktor R-210. Sedangkan produk atas berupa acetaldehyde dengan kadar minimal 99,7%

kemudian ditampung pada tangki F-310 pada tekanan 2 atm dengan suhu kamar

(24)

III - 1

---

BAB III NERACA MASSA

1. VAPORIZER (V - 112)

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

* Fresh ethanol dr F-110 * Uap ethanol ke R-210

C2H5OH 16110,1475 C2H5OH 22810,3750 H2O 80,9747 H2O 114,6250

16191,1222 22925,0000

* Recycle ethanol dr D-250 C2H5OH 6700,2275 H2O 33,6503 6733,8778

22925,0000 22925,0000

2. REAKTOR ( R - 210 )

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

* Ethanol dr V-112 * Campuran gas ke D-230

C6H5OH 22810,3750 CH3CHO 15273,0337 H2O 114,6250 C2H5OH 6843,1125 22925,0000 H2O 6362,6842 * Udara kering dr G-120 O2 1110,7661 O2 6664,5965 N2 25071,5773

N2 25071,5773 54661,1738

31736,1738

(25)

Neraca Massa --- III - 2

3. KOLOM ABSORBER ( D - 230 )

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

* Campuran gas dr R-210 * Limbah gas

CH3CHO 15273,0337 CH3CHO 152,7303

C2H5OH 6843,1125 C2H5OH 68,4311 H2O 6362,6842 H2O 63,6268

O2 1110,7661 O2 1110,7661 N2 25071,5773 N2 25071,5773

54661,1738 26467,1316

* Air proses dr utilitas * Produk bawah ke F-232

H2O 18162,7186 CH3CHO 15120,3034

C2H5OH 6774,6814 H2O 24461,7760

46356,7608

(26)

Neraca Massa --- III -

---

3

4. KOLOM DISTILASI-1 ( D - 240 )

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

* Campuran dr F-232 * Produk atas ke F-310

CH3CHO 15120,3034 CH3CHO 15120,3034 C2H5OH 6774,6814 C2H5OH 6,7749 H2O 24461,7760 H2O 24,4618

46356,7608 15151,5401

* Produk bawah ke D-230

C2H5OH 6767,9065 H2O 24437,3142

31205,2207

46356,7608 46356,7608

5. KOLOM DISTILASI-2 ( D - 250 )

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

* Campuran dr D-240 * Produk atas ke V-112

C2H5OH 6767,9065 C2H5OH 6700,2275 H2O 24437,3142 H2O 33,6503

31205,2207 6733,8778

* Produk bawah ke WTP

C2H5OH 67,6790 H2O 24403,6639

24471,3429

(27)

BAB IV NERACA PANAS

Kapasitas produksi = 120.000 ton/tahun

Waktu operasi = 24 jam / hari ; 330 hari / tahun

Satuan massa = kilogram Satuan panas = kilokalori

1. VAPORIZER (V - 112)

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

* H Fresh ethanol dr F-110 * H Uap ethanol ke R-210

C2H5OH 27530,8414 C2H5OH 7391142,9082 H2O 180,9337 H2O 76444,5191

27711,7751 7467587,4273

* H Recycle ethanol dr D-250 C2H5OH 16070,3589

H2O 105,2903

16175,6492

* Q supply 7814421,0558 * Q loss 390721,0528

(28)

Neraca Panas --- IV -

---

2

2. HEATER-1 (E - 121)

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

* H Udara kering * H Udara kering ke R-210

O2 7310,2314 O2 418043,1827

N2 31196,2064 N2 1731013,3782

38506,4378 2149056,5609

* Q supply 2221631,7085 * Q loss 111081,5854

2260138,1463 2260138,1463

3. REAKTOR ( R - 210 )

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

* H Uap ethanol dr V-112 * H Campuran gas ke D-230 C2H5OH 7391142,9082 CH3CHO 5243678,2520

H2O 76444,5191 C2H5OH 3036313,0612

7467587,4273 H2O 4872031,6234

* H Udara kering dr E-121 O2 123981,8415 O2 418043,1827 N2 3040206,4107

N2 1731013,3782 16316211,1888

2149056,5609

(29)

Neraca Panas --- IV - 3

4. SUB-COOLER ( E - 220 )

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

* H Campuran gas dr R-210 * H Campuran gas ke D-230 CH3CHO 5243678,2520 CH3CHO 2658841,5317 C2H5OH 3036313,0612 C2H5OH 1652678,0665 H2O 4872031,6234 H2O 3736783,6916 O2 123981,8415 O2 25939,9040 N2 3040206,4107 N2 655657,5812

16316211,1888 8729900,7750

* Q serap 7586310,4138 16316211,1888 16316211,1888

5. KOLOM ABSORBER ( D - 230 )

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

* H Campuran gas dr E-220 * H Limbah gas

CH3CHO 2658841,5317 CH3CHO 26043,0945 C2H5OH 1652678,0665 C2H5OH 16239,5844 H2O 3736783,6916 H2O 37077,7075 O2 25939,9040 O2 23435,8163 N2 655657,5812 N2 593077,1317

8729900,7750 695873,3344

* H Air proses dr utilitas * H Produk bawah ke F-232 H2O 40583,5888 CH3CHO 31134,0830

C2H5OH 16248,9280 H2O 76538,1816

123921,1926 * Q serap 7950689,8368

(30)

Neraca Panas --- IV -

---

4

6. HEATER ( E - 234 )

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

* H Liquid dr F-232 * H Liquid ke D-240

CH3CHO 31134,0830 CH3CHO 285687,8575

C2H5OH 16248,9280 C2H5OH 149587,9285 H2O 76538,1816 H2O 665469,0480

123921,1926 1100744,8340

* Q supply 1028235,4120 * Q loss 51411,7706

1152156,6046 1152156,6046

7. KOLOM DISTILASI-1 ( D - 240 )

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

* H Liquid dr E-234 * H Produk atas ke F-310

CH3CHO 285687,8575 CH3CHO 31134,0830 C2H5OH 149587,9285 C2H5OH 16,2516 H2O 665469,0480 H2O 76,5389

1100744,8340 31226,8735

* H Produk bawah ke D-230 * Q reboiling 2789047,4662 C2H5OH 215240,1678

H2O 934944,5117

1150184,6795

* Q Condensation 2568928,3739

* Q loss 139452,3733

(31)

Neraca Panas --- IV - 5

8. KOLOM DISTILASI-2 ( D - 250 )

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

* H Liquid dr D-240 * H Produk atas ke V-112

C2H5OH 215240,1678 C2H5OH 16070,3589

H2O 934944,5117 H2O 105,2902

1150184,6795 16175,6491

* H Produk bawah ke WTP

* Q reboiling 4238666,1732 C2H5OH 1879,0267

H2O 822945,8344

824824,8611

* Q Condensation 4335917,0338

* Q loss 211933,3087

(32)

V - 1

---

BAB V

SPESIFIKASI ALAT

Kapasitas produksi = 120.000 ton/tahun

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

Satuan panas = kilokalori

1. TANGKI ETHYL ALCOHOL ( F - 110 )

Fungsi : menampung ethyl alcohol dari supplier

Type : silinder tegak , tutup bawah datar dan tutup atas dish Dasar Pemilihan : Umum digunakan untuk liquid pada tekanan atmospheric Kondisi Operasi : - Tekanan = 1 atm (atmospheric pressure)

- Suhu = 30C (suhu kamar) - Waktu penyimpanan = 7 hari

Spesifikasi :

Volume : 19031 cuft = 539 M3 Diameter : 29 ft

Tinggi : 29 ft Tebal shell : 3/8 in Tebal tutup atas : 3/8 in Tebal tutup bawah : ¼ in

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C (Brownell : 253) Jumlah : 8 buah

Masuk

(33)

Spesifikasi Alat --- V - 2

2. POMPA - 1 ( L - 111 )

Fungsi : Memindahkan ethanol dari F-110 ke V-112. Type : Centrifugal Pump

Dasar Pemilihan : sesuai untuk liquid dan bahan tidak mengandung solid

Spesifikasi :

Bahan konstruksi : Commercial Steel Rate Volumetrik : 90,30 gpm

Total DynamicHead : 15,50 ft.lbf/lbm Effisiensi motor : 80%

Power : 1,0 hp = 0,8 kW Jumlah : 1 buah

3. VAPORIZER ( V - 112 )

Fungsi : Menguapkan ethanol pada suhu 300C.

Type : Silinder horizontal, tutup dished dilengkapi jaket pemanas. Operasi : Continuous

Spesifikasi :

(34)

Spesifikasi Alat --- V -

---

3

Dimensi Shell :

Diameter Shell , inside : 10 ft Panjang Shell : 30 ft Tebal Shell : ¼ in

Dimensi tutup :

Tebal tutup atas (dished) : 3/8 in Tebal tutup : 1,43 ft

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C Jumlah tangki : 1 buah (continuous)

Jaket pemanas :

Diameter jaket : 30,06 ft Tinggi jaket : 5,9 ft Jaket spacing : 1 3/16 in Tebal Jaket : ¼ in

4. BLOWER - 1 ( G - 113 )

Fungsi : menghembuskan uap ethanol ke R-210 Type : Centrifugal Fan

Dasar Pemilihan : Sesuai untuk bahan gas dan tekanan operasi.

Spesifikasi :

Bahan konstruksi : Commercial Steel Rate Volumetrik : 13809 cuft/menit

Adiabatic Head : 15000 ft.lbf/lbm bahan (Perry 6ed, fig.6-35) Effisiensi motor : 80%

Power : 143 hp Jumlah : 1 buah

Masuk

Keluar

Masuk

(35)

5. BLOWER - 2 ( G - 120 )

Fungsi : menghembuskan udara bebas ke R-210 Type : Centrifugal Fan

Spesifikasi :

6. HEATER - 1 ( E - 121 )

Fungsi : Memanaskan bahan dari 30C menjadi 300C Type : 1 – 2 Shell and Tube Heat Exchanger (Fixed Tube) Dasar Pemilihan : Umum digunakan dan mempunyai range perpindahan

panas yang besar.

Spesifikasi :

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

Pitch = 1 in square Jumlah Tube , Nt = 526

Masuk

Keluar

Masuk

(36)

---

5

Shell : ID = 29,0 in Passes = 1

Heat Exchanger Area , A = 1652,1 ft2 = 154 m2 Bahan konstruksi = Carbon steel Jumlah exchanger = 1 buah

7. REAKTOR ( R - 210 )

Spesifikasi :

Fungsi : Oksidasi ethanol menjadi acetaldehyde. Type : Reaktor Multi-tubular (tutup dished head)

Shell :

Diameter : 13 ft  3,97 m Tinggi : 26 ft  7,94 m Tebal shell : 3/16 in

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

Bahan konstruksi : Stainless Steel 316 (Perry 7ed,T.28-11) Jumlah : 1 buah (Continuous)

Tube Sheet

Digunakan Tube Stainless Steel 316 dengan diameter 1 in sch. 80 IPS Outside Diameter : 1,320 in

Inside Diameter : 0,957 in Panjang Tube : 7,22 ft

(37)

Pitch : 1 ¼ in triangular pitch Jumlah Tube : 530 buah

Distributor : Type : Standard Perforated Plate Bahan konstruksi : Stainless Steel 316 Diameter lubang, ID : 0,957 in

Jarak antar lubang : 1 ¼ in Jumlah lubang : 530 buah

8. SUB-COOLER ( E - 220 )

Fungsi : Mendinginkan bahan dengan suhu 130C

Type : 1 – 2 Shell and Tube Heat Exchanger (Fixed Tube) Dasar Pemilihan : Umum digunakan dan mempunyai range perpindahan

panas yang besar.

Spesifikasi :

Passes = 2

(38)

---

7

9. KOLOM ABSORBER ( D - 230 )

Fungsi : Menyerap uap acetaldehyde dengan bantuan air proses. Type : silinder tegak , tutup bawah dan tutup atas dish

dilengkapi dengan : packing raschig ring dan sparger Dasar Pemilihan : Umum digunakan untuk proses penyerapan pada tekanan atmospheric

Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (atmospheric pressure) * Suhu operasi = 32oC (suhu kamar)

* Sistem operasi = kontinyu

Spesifikasi : Dimensi tangki :

Tinggi : 65 ft Tebal shell : 3/16 in Tebal tutup atas : ¼ in Tebal tutup bawah : ¼ in

Bahan konstruksi : Stainless Steel 316 (Perry 7ed,T.28-11) Jumlah : 1 buah

Outlet Gas

Inlet Liquid

Outlet Liquid Inlet GasA

(39)

Spesifikasi packing :

Digunakan packing jenis raschig ring dengan spesifikasi standar : (Van Winkle : 607)

Packing disusun secara acak (randomize) Ukuran packing : 1 in

Tebal packing : 1/8 in Free gas space : 73% Jumlah packing : 7451 buah

Bahan konstruksi : Ceramic Stoneware

Sparger : Type : Standard Perforated Pipe Bahan konstruksi : commercial steel

Bagian Atas : Diameter lubang : 4,03 mm Jumlah cabang : 20 buah Lubang tiap cabang : 248 buah

Sparger Bagian Atas :

Diameter lubang : 2,87 mm Jumlah cabang : 20 buah Lubang tiap cabang : 347 buah

10. BLOWER - 3 ( G - 231 )

Fungsi : menghembuskan uap ethanol ke R-210 Type : Centrifugal Fan

Spesifikasi :

Masuk

Keluar

Masuk

(40)

---

9

11. TANGKI KONDENSAT ( F - 232 )

Fungsi : menampung kondensat selama 24 jam

Type : silinder tegak , tutup bawah datar dan tutup atas dish Dasar Pemilihan : Umum digunakan untuk liquid pada tekanan atmospheric Kondisi Operasi : - Tekanan = 1 atm (atmospheric pressure)

Spesifikasi :

Tinggi : 33 ft Tebal shell : 3/8 in Tebal tutup atas : 3/8 in Tebal tutup bawah : ¼ in

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C (Brownell : 253) Jumlah : 2 buah

12. POMPA - 2 ( L - 233 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari F-232 ke D-240. Type : Centrifugal Pump

Dasar Pemilihan : sesuai untuk liquid dan bahan tidak mengandung solid Masuk

(41)

Spesifikasi :

Bahan konstruksi : Commercial Steel Rate Volumetrik : 230,40 gpm Total DynamicHead : 69,75 ft.lbf/lbm Effisiensi motor : 84%

13. HEATER - 2 ( E - 234 )

Fungsi : Memanaskan bahan dari 32C menjadi 85,5C Type : 1 – 2 Shell and Tube Heat Exchanger (Fixed Tube) Dasar Pemilihan : Umum digunakan dan mempunyai range perpindahan

panas yang besar.

Spesifikasi :

Passes = 2

(42)

---

11

14. KOLOM DISTILASI - 1 ( D - 240 )

Fungsi : Memisahkan acetaldehyde dari ethanol. Type : Sieve Tray Colomn

Dasar Pemilihan : - effisiensi pemisahan lebih tinggi dari plate colomn. - harga lebih murah dari bubble cap colomn.

- perawatan dan perbaikan yang mudah.

Spesifikasi kolom distilasi :

Tekanan operasi = 33 psi Suhu operasi = 85,5C

Bahan konstruksi = Carbon steel SA-283 grade C (Brownell : 253) Allowable stress (SA-283 , Grade C) = 12650 psi

Digunakan double welded butt joint no radiograph dengan efisiensi = 85% (0,85) Spesifikasi shell dan tutup :

Shell OD = 12,0 ft = 144 in Tebal shell = ½ in

(43)

Tinggi tutup dished = 1,8 ft Spesifikasi Plate :

Tray spacing = 24 in Jumlah plate = 18 buah Feed Plate = plate ke – 2 Tinggi tangent line to tangent line = 47,2 ft Tinggi skirt support = 4,0 ft Tinggi tutup dished = 1,8 ft

 + Tinggi total tangki = 53,0 ft Lain-lain :

Berat liquid = 31205,2207 lb Area downcomer = 53,675 ft2

Berat liquid tiap area = 582 lb/ft2

Tray support ring = 2 1/2 in x 2 1/2 in x 3/8 in , Angles Faktor korosi = 1/8 in (0,125 in)

Overhead vapor line, OD = 12 in Tebal isolasi = 3 in

Accessories = 1 buah tangga. Jumlah kolom distilasi = 1 buah

15. CONDENSER - 1 ( E - 241 )

Fungsi : Mengkondensasi bahan dengan suhu 32C

(44)

---

13

Spesifikasi :

Passes = 2

Heat Exchanger Area , A = 2870,7 ft2 = 267 m2 Jumlah exchanger = 1 buah

16. AKUMULATOR - 1 ( F - 242 )

Fungsi : menampung sementara kondensat dari kondensor Type : silinder horizontal dengan tutup dished

Dasar Pemilihan : efisien untuk kapasitas kecil

Spesifikasi :

Volume : 143 cuft = 5 M3 Tekanan : 2 atm absolut Diameter : 3 ft

Panjang : 9 ft Tebal shell : 3/16 in Tebal tutup : ¼ in

(45)

17. POMPA - 3 ( L - 243 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari F-242 ke D-240 dan ke F-310. Type : Centrifugal Pump

Spesifikasi :

18. REBOILER - 1 ( E - 244 )

Fungsi : Menguapkan sebagian liquid dengan suhu 109,842C Type : 1 – 2 Shell and Tube Heat Exchanger (Fixed Tube) Dasar Pemilihan : Umum digunakan dan mempunyai range perpindahan

panas yang besar.

Spesifikasi :

(46)

---

15

Passes = 2

19. KOLOM DISTILASI - 2 ( D - 250 )

Fungsi : Memurnikan ethanol sampai dengan 99,5%. Type : Sieve Tray Colomn

Dasar Pemilihan : - effisiensi pemisahan lebih tinggi dari plate colomn. - harga lebih murah dari bubble cap colomn.

- perawatan dan perbaikan yang mudah.

Spesifikasi kolom distilasi :

Tekanan operasi = 17 psi Suhu operasi = 89,66C

(47)

Allowable stress (SA-283 , Grade C) = 12650 psi

Digunakan double welded butt joint no radiograph dengan efisiensi = 85% (0,85) Spesifikasi shell dan tutup :

Shell OD = 13,0 ft = 156 in Tebal shell = ¼ in

Tebal tutup dished = 3/8 in Tinggi tutup dished = 2,0 ft Spesifikasi Plate :

Tray spacing = 24 in Jumlah plate = 15 buah Feed Plate = plate ke – 8 Tinggi tangent line to tangent line = 42,0 ft Tinggi skirt support = 4,0 ft Tinggi tutup dished = 2,0 ft

 + Tinggi total tangki = 48,0 ft Lain-lain :

Berat liquid = 24471,3429 lb Area downcomer = 63,033 ft2

Berat liquid tiap area = 389 lb/ft2

Tray support ring = 2 1/2 in x 2 1/2 in x 3/8 in , Angles Faktor korosi = 1/8 in (0,125 in)

Overhead vapor line, OD = 12 in Tebal isolasi = 3 in

(48)

---

17

20. CONDENSER - 2 ( E - 251 )

Fungsi : Mengkondensasi bahan dengan suhu 32C

panas yang besar.

Spesifikasi :

Passes = 2

Heat Exchanger Area , A = 1652,1 ft2 = 154 m2 Jumlah exchanger = 1 buah

21. AKUMULATOR - 2 ( F - 252 )

Fungsi : menampung sementara kondensat dari kondensor Type : silinder horizontal dengan tutup dished

(49)

Spesifikasi :

Volume : 64 cuft = 2 M3 Tekanan : 1 atm absolut Diameter : 4 ft

Panjang : 12 ft Tebal shell : 3/16 in Tebal tutup : 3/16 in

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C Jumlah : 1 buah

22. POMPA - 4 ( L - 253 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari F-252 ke D-250 dan ke V-112. Type : Centrifugal Pump

Spesifikasi :

(50)

---

19

23. REBOILER - 2 ( E - 254 )

Fungsi : Menguapkan sebagian liquid dengan suhu 99,87C Type : 1 – 2 Shell and Tube Heat Exchanger (Fixed Tube) Dasar Pemilihan : Umum digunakan dan mempunyai range perpindahan

panas yang besar.

Spesifikasi :

Passes = 2

24. TANGKI ACETALDEHYDE ( F - 310 )

Fungsi : menampung produk acetaldehyde dalam bentuk liquid Type : silinder horizontal dengan tutup dished

Dasar Pemilihan : efisien untuk penyimpanan dengan tekanan tinggi. Kondisi Operasi : - Tekanan = 2 atm (untuk suhu kamar)

Masuk

(51)

Spesifikasi :

Volume : 35910 cuft = 1017 M3 Tekanan : 2 atm gauge

Diameter : 25 ft Panjang : 75 ft Tebal shell : ½ in Tebal tutup : ¼ in

(52)

VI ~ 1

--- Pra Rencana Pabrik Acetaldehyde

BAB VI

SPESIFIKASI ALAT UTAMA

VI.A. Keterangan Alat

Nama Alat : Reaktor ( R – 210 )

Fungsi : Oksidasi ethanol menjadi acetaldehyde.

Type : Reaktor Multi-tubular (tutup dished head)

VI.B. Dasar Pemilihan

Berdasarkan pertimbangan atas fase zat yang bereaksi, dan kapasitas produksi, maka reaktor dapat dibedakan jenisnya yaitu : reaktor berpengaduk

(mixed flow) dan reaktor pipa alir (plug flow). Pada reaktor ini, atas pertimbangan fase bahan yang bereaksi, maka dipilih reaktor jenis reaktor pipa alir (plug flow) untuk memudahkan dan mempercepat kontak reaksi.

(53)

Perencanaan Alat Utama --- VI ~ 2

Reaktor pipa alir (plug flow) untuk fase gas ini dapat dibedakan menjadi : 1. Burner / Furnace

2. Tubular Reactor

3. Fixed Bed Reaktor

Berdasarkan fase bahan yang bereaksi, maka pemilihan reaktor didasarkan pada

kapasitas bahan masuk, sehingga dipilih reaktor jenis tubular reactor. Reaktor jenis tubular dengan jumlah tube yang banyak dinamakan multi-tubular reactor.

Reaktor ini berupa silinder tegak dengan tutup atas dan tutup bawah

berbentuk dished head untuk menahan tekanan berlebih dan memudahkan pengeluaran produk.

VI.C. Kondisi Operasi

Tekanan operasi = 1 atm (atmospheric pressure)

Suhu operasi = 500oC (Ullmann's)

Waktu kontak = 2,4 detik (US.Patent : 4,220,803 : 4) Konversi ethanol = 70% (Ullmann's)

(54)

Perencanaan Alat Utama --- VI ~

3

VI.D. Perencanaan Shell dan Tutup VI.D.1. Dimensi Reaktor

Penentuan volume reaktor :

Bahan masuk :

1. Feed uap ethanol dari V-112 :

Komponen Berat (kg/j) Fraksi berat B M

C2H5OH 22810,3750 0,9950 46

H2O 114,6250 0,0050 18

22925,0000 1,0000

 gas =

359 BM atm 1

P T

492_ _

[Himmelblau:249]

Keterangan : T = Suhu bahan ; derajat Rankine

P = Tekanan bahan ; atm

BM = Berat Molekul campuran

492 = suhu udara standar (0C = 492 Rankine) 359 = faktor konversi

BM campuran =  (fraksi berat komponen x BM komponen) = (0,9950 x 46) + (0,0050 x 18) = 45,86 kg/kmol

gas pada P = 1 atm, T = 300C = 1032 Rankine ; suhu udara std = 492 Rankine

 =

359 45,86 1

1 1032

492 _ _

= 0,061 lb/cuft

Rate massa = 22925,0000 kg/jam = 50540,4550 lb/jam

Rate Volumetrik =

cuft / lb

jam / lb 0,061 50540,4550

(55)

2. Feed udara dari E-121 :

Komponen Berat (kg/j) Fraksi berat B M

O2 6664,5965 0,2100 32

N2 25071,5773 0,7900 28

31736,1738 1,0000

BM campuran =  (fraksi berat komponen x BM komponen) = (0,21 x 32) + (0,79 x 28) = 28,84 kg/kmol

gas pada P = 1 atm, T = 300C = 1032 Rankine ; suhu udara std = 492 Rankine

 =

359 28,84 1

1 1032

492



 = 0,038 lb/cuft

Rate massa = 31736,1738 kg/jam = 69965,5688 lb/jam

Rate Volumetrik =

cuft / lb

jam / lb 0,038 69965,5688

= 1841200 cuft/jam

Total rate volumetrik :

Rate ethanol + udara = 828533 + 1841200 = 2669733 cuft/jam

Waktu reaksi = 2,4 dt (0,001 jam) (US.Patent : 4,220,803 : 4) Volume bahan = 2669733 cuft/jam x 0,001 jam = 2670 cuft

Asumsi volume bahan mengisi 80% volume reaktor (untuk faktor keamanan),

maka volume reaktor = 2670 / 80%  3338 cuft

Menentukan ukuran tangki

Asumsi dimention ratio : H / D = 2

Volume = ¼  D2 H 3338 = ¼  (D)2 . 2 D

(56)

5

Menentukan tebal minimum shell :

Tebal shell berdasarkan ASME Code untuk cylindrical tank :

t min = C

P 6 , 0 fE

ri

P _

 

[Brownell,pers.13-1,hal.254]

dengan : t min = tebal shell minimum; in P = tekanan tangki ; psi

ri = jari-jari tangki ; in ( ½ D )

C = faktor korosi ; in (digunakan 1/8 in)

E = faktor pengelasan, digunakan double welded, E = 0,8

f = stress allowable, bahan konstruksi stainless steel 316 maka f = 36000 psi [Perry 7ed,T.28-11]

P operasi = 1 atm absolute = 14,7 psia

P design diambil 10% lebih besar dari P operasi untuk faktor keamanan.

P design = 1,1 x 14,7  17 psia R = ½ D = ½ x 156 = 78 in

t min =



 



0,125 17

6 , 0 80 , 0 36000

78 17

   



(57)

VI.D.2. Tutup atas dan tutup bawah, dished :

Untuk D = 156 in dengan ts = 3/16 in , dari Brownell Tabel 5.7 didapat : icr = 9 3/8 in dan rc = 144 in

Tebal standard torispherical dished :

th =

P 1 , 0 fE

rc P 885 , 0

  

dengan : th = tebal dished minimum ; in

P = tekanan tangki ; psi

rc = knuckle radius ; in [Brownell,T-5.7]

E = faktor pengelasan, digunakan double welded, E = 0,8 f = stress allowable, bahan konstruksi stainless steel 316 maka f = 36000 psi [Perry 7ed,T.28-11]

th =



 



17 1 , 0 8 , 0 36000

144 17 885 , 0

  

 

= 0,201 in , digunakan t = ¼ in

h = Rc -

4

2

2 D

Rc  = 156 -

4 156 144

2 2 _

(58)

7

Penentuan dimensi tutup, dished :

Dimana :

ID = ID shell = 156 in

a = 2 ID

= 78 in

Untuk D = 156 in dengan ts = 3/16 in , dari Brownell Tabel 5.7 didapat :

Rc (r) = radius of dish = 144 in

icr (rc) = inside crown radius = 9 3/8 in = 9,375 in

AB = 2 ID

– icr = 78 – 9,375 = 68,625 in

BC = r – icr = 144 – 9,375 = 134,625 in

AC =

   

BC 2  AB 2 = 115,821 in

b = r

   

BC 2  AB 2 = 144–115,821= 28,179 in

sf = straight flange = dipilih 2 in = 2 in [Brownell,T.5.6]

t = tebal dished = ¼ in = 0,25 in

OA = t + b + sf = 0,25 + 28,179 + 2 = 30,429 in C

a

t r

ID sf

b icr

(59)

VI.E. Penentuan Jumlah Tube

asumsi : Volume yang dibutuhkan untuk reaksi = Volume Reaktor

Digunakan : Pipa 1 in sch.80 (Stainless steel extra heavy IPS) (Kern, tabel 11)

surface/ft lin = 0,25 ft2

Inside diameter = 0,957 in = 0,07975 ft

A tube =  . Di . L =  x 0,07975 x 1 = 0,25042 ft2/ft panjang

Tinggi shell :

rc dished = 144 in = 12 ft h dished = 1,92 ft

Volume dished = 1,05 h2 . (3 rc - h) (Hesse; pers. 4-15) = 1,05 . 1,922 . ((3 x 12) – 1,92)

= 132 cuft

Volume Reaktor = 3338 cuft

Volume Shell = Volume reaktor - (2 x Volume dished) Volume Shell = 3338 – (2 x 132) = 3074 cuft

Tinggi Shell =

2

D 4

shell Volume



 = ₁₃2

4 3074



 = 23,17 ft

Tinggi Shell = Panjang tube = 23,17 ft A Tube = 0,25042 ft2/ft linier

Volume tiap tube = A tube x L tube = 0,25042 (ft2/ft linier) x 23,17 ft

(60)

9

Volume Shell = 3074 cuft

Jumlah tube, Nt =

tube tiap Volume

Shell Volume

=

5,8022 3074 _

530 buah

Untuk jumlah tube 530 buah, dari Kern tabel 9 , dipilih : Ukuran pipa = 1 in

Pitch = triangular pitch jarak pitch = 1 ¼ in

Kebutuhan katalis :

Direncanakan volume katalis mengisi volume tube.

Jumlah Tube = 530 buah Diameter tube = 0,07975 ft

Panjang tube = 23,17 ft

Maka volume katalis tiap tube = /4 . Dtube2 . Ltube

= 0,785 x 0,07975 2 x 23,17 = 0,1157 cuft Volume katalis pada 530 tube = 530 x 0,1157 cuft = 61,321 cuft

(61)

Katalis :

Katalis (granular) = Silver-gauge (Ullmann’s) Kadar katalis = Cu 96% , Cr 4%

 katalis = 6,45 gr/cc (403 lb/cuft) (Perry 7ed;T.2-1) Volume katalis = 61,321 cuft

Berat total katalis = 61,321 cuft x 403 lb/cuft = 24712,3630 lb

= 11209 kg

Komposisi Katalis : (US.Patent : 4,220,803 : 4)

Komponen % Berat Berat (kg)

(62)

11

VI.E. Analisa Pressure Drop P dalam tube

P =

D g 2 L G 4 f 2      

(Kern ; pers. 3.43)

f = ₀_,₃₂

G D 125 , 0 0014 , 0        

 (Kern ; pers. 3.47a)

Berat campuran gas, W = 54661,1738 kg/jam = 120506,0238 lb/jam

at tube = 0,25 ft2

G = W / at = 120506,0238 lb/jam / 0,25 ft2 = 482024,0952 lb/jam.ft2 Diameter tube, D = 0,957 in = 0,07975 ft

 campuran gas =  xi . i = 0,050 lb/cuft

 bahan = 0,002 cP (berdasarkan sg) = 0,002 x 2,42 = 0,0048 lb/jam.ft g = 5,22 x 1010 ft/dt2

L = panjang tube = 23,17 ft

f = ₀_,₃₂

G D 125 , 0 0014 , 0        

 (Kern ; pers. 3.47a)

f = ₀_,₃₂

0,0048 2 482024,095 07975 , 0 125 , 0 0014 , 0       

 = 0,00217

P =

D g 2 L G 4 f 2       =





07975 , 0 050 , 0 10 22 , 5 2 17 , 23 2 482024,095 4 0,00217 10 2       

= 113,38 lb/ft2 = 113,38 / 144 = 0,7874 psi = 0,0536 atm

P maksimum untuk gas dalam pipa = 2 psi (Kern : 193)

(63)

Spesifikasi :

Fungsi : Oksidasi ethanol menjadi acetaldehyde. Type : Reaktor Multi-tubular (tutup dished head)

Shell :

Diameter : 13 ft  3,97 m Tinggi : 26 ft  7,94 m Tebal shell : 3/16 in

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

Bahan konstruksi : Stainless Steel 316 (Perry 7ed,T.28-11) Jumlah : 1 buah (Continuous)

2. Tube Sheet

Digunakan Tube Stainless Steel 316 dengan diameter 1 in sch. 80 IPS Outside Diameter : 1,320 in

Inside Diameter : 0,957 in Panjang Tube : 7,22 ft

Pitch : 1 ¼ in triangular pitch Jumlah Tube : 530 buah

Distributor : Type : Standard Perforated Plate

Bahan konstruksi : Stainless Steel 316 Diameter lubang, ID : 0,957 in

(64)

VII - 1

---Pra Rencana Pabrik Acetaldehyde

BAB VII

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

VII.1. Instrumentasi

Dalam rangka pengoperasian pabrik, pemasangan alat-alat instrumentasi sangat dibutuhkan dalam memperoleh hasil produksi yang optimal. Pemasangan

alat-alat instrumentasi disini bertujuan sebagai pengontrol jalannya proses produksi dari peralatan-peralatan pada awal sampai akhir produksi. dimana

dengan alat instrumentasi tersebut, kegiatan maupun aktifitas tiap-tiap unit dapat tercatat kondisi operasinya sehingga sesuai dengan kondisi operasi yang dikehendaki, serta mampu memberikan tanda-tanda apabila terjadi penyimpangan

selama proses produksi berlangsung.

Pada uraian diatas dapat disederhanakan bahwa dengan adanya alat

instrumentasi maka :

1. Proses produksi dapat berjalan sesuai dengan kondisi-kondisi yang telah ditentukan sehingga diperoleh hasil yang optimum.

2. Proses produksi berjalan sesuai dengan efisiensi yang telah

ditentukan dan kondisi proses tetap terjaga pada kondisi yang sama.

3. Membantu mempermudah pengoperasian alat.

4. Bila terjadi penyimpangan selama proses produksi, maka dapat segera diketahui sehingga dapat ditangani dengan segera.

(65)

Instrumentasi & Keselamatan Kerja --- VII ~ 2

Adapun variabel proses yang diukur dibagi menjadi 3 bagian, yaitu :

1. Variabel yang berhubungan dengan energi, seperti temperatur, tekanan, dan radiasi.

2. Variabel yang berhubungan dengan kuantitas dan laju, seperti pada kecepatan aliran fluida, ketinggian liquid dan ketebalan.

3. Variabel yang berhubungan dengan karakteristik fisika dan kimia, seperti densitas, kandungan air.

Yang harus diperhatikan didalam pemilihan alat instrumentasi adalah :

- Level, Range dan Fungsi dari alat instrumentasi. - Akurasi hasil pengukuran.

- Bahan konstruksi material.

- Pengaruh yang ditimbulkan terhadap kondisi operasi proses yang berlangsung.

- Mudah diperoleh di pasaran.

- Mudah dipergunakan dan mudah diperbaiki jika rusak.

Instrumentasi yang ada dipasaran dapat dibedakan dari jenis

pengoperasian alat instrumentasi tersebut, yaitu alat instrumentasi manual atau otomatis. Pada dasarnya alat-alat kontrol yang otomatis lebih disukai dikarenakan

pengontrolannya tidak terlalu sulit, kontinyu, dan efektif, sehingga menghemat tenaga kerja dan waktu. Akan tetapi mengingat faktor-faktor ekonomis dan investasi modal yang ditanamkan pada alat instrumentasi berjenis otomatis ini,

(66)

Instrumentasi & Keselamatan Kerja --- VII ~

3

Adapun fungsi utama dari alat instrumentasi otomatis adalah : - Melakukan pengukuran.

- Sebagai pembanding hasil pengukuran dengan kondisi yang ditentukan.

- Melakukan perhitungan. - Melakukan koreksi.

Alat instrumentasi otomatis ini dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu :

1. Sensing / Primary Element / Sensor.

Alat kontrol ini langsung merasakan adanya perubahan pada

variabel yang diukur, misalnya temperatur. Primary Element

merubah energi yang dirasakan dari media yang sedang dikontrol

menjadi sinyal yang bisa dibaca (misalnya dengan tekanan fluida).

2. Recieving Element / Elemen Pengontrol.

Alat kontrol ini akan mengevaluasi sinyal yang didapat dari sensing

element dan diubah menjadi data yang bisa dibaca (perubahan data

analog menjadi digital), digambarkan dan dibaca oleh error detector. Dengan demikian sumber energi bisa diatur sesuai dengan perubahan-perubahan yang terjadi.

3. Transmitting Element.

Alat kontrol ini berfungsi sebagai pembawa sinyal dari sensing

element ke receiving element. Alat kontrol ini mempunyai fungsi untuk merubah data bersifat analog (tidak terlihat) menjadi data

(67)

Disamping ketiga jenis tersebut, masih terdapat peralatan pelengkap yang lain, yaitu : Error Detector Element, alat ini akan membandingkan besarnya harga terukur pada variabel yang dikontrol dengan harga yang diinginkan dan

apabila terdapat perbedaan alat ini akan mengirimkan sinyal error. Amplifier akan digunakan sebagai penguat sinyal yang dihasilkan oleh error detector jika sinyal

yang dikeluarkan lemah. Motor Operator Sinyal Error yang dihasilkan harus diubah sesuai dengan kondisi yang diinginkan, yaitu dengan penambahan variabel manipulasi. Kebanyakan sistem kontrol memerlukan operator atau motor untuk

menjalankan Final Control Element. Final Control Element adalah untuk mengoreksi harga variabel manipulasi.

Macam instrumentasi pada suatu perencanaan pabrik misalnya : 1. Flow Control ( F C )

Mengontrol aliran setelah keluar suatu alat.

2. Flow Ratio Control ( F R C )

Mengontrol ratio aliran yang bercabang. 3. Level Control ( L C )

Mengontrol ketinggian liquid didalam tangki 4. Weight Control ( W C )

Mengontrol berat solid yang dikeluarkan dari tangki 5. Pressure Control ( P C )

Mengontrol tekanan pada suatu aliran / alat

6. Temperature Control ( T C )

(68)

5

Tabel VII.1. Instrumentasi pada pabrik

NO NAMA ALAT KODE Instrumentasi

1. TANGKI ETHYL ALCOHOL ( F - 110 ) LI

2. POMPA - 1 ( L - 111 ) FC

3. VAPORIZER ( V - 112 ) TC

4. BLOWER - 1 ( G - 113 ) FC

5. BLOWER - 2 ( G - 120 ) FC

6. HEATER - 1 ( E - 121 ) TC

7. REAKTOR ( R - 210 ) TC ; PC

8. SUB-COOLER ( E - 220 ) TC

9. KOLOM ABSORBER ( D - 230 ) FC ; LC

10. BLOWER - 3 ( G - 231 ) FC

11. TANGKI KONDENSAT ( F - 232 ) LI

12. POMPA - 2 ( L - 233 ) FC

13. HEATER - 2 ( E - 234 ) TC

14. KOLOM DISTILASI - 1 ( D - 240 ) PC ; LC 15. CONDENSER - 1 ( E - 241 ) PC 16. AKUMULATOR - 1 ( F - 242 ) LC

17. POMPA - 3 ( L - 243 ) FRC

18. REBOILER - 1 ( E - 244 ) TC

19. KOLOM DISTILASI - 2 ( D - 250 ) PC ; LC 20. CONDENSER - 2 ( E - 251 ) PC 21. AKUMULATOR - 2 ( F - 252 ) LC

22. POMPA - 4 ( L - 253 ) FRC

23. REBOILER - 2 ( E - 254 ) TC

(69)

VII.2. Keselamatan Kerja

Keselamatan kerja atau safety factor adalah hal yang paling utama yang harus diperhatikan dalam merencanakan suatu pabrik, hal ini disebabkan karena :

- Dapat mencegah terjadinya kerusakan-kerusakan yang besar yang disebabkan oleh kebakaran atau hal lainnya baik terhadap karyawan

maupun oleh peralatan itu sendiri.

- Terpeliharanya peralatan dengan baik sehingga dapat digunakan dalam waktu yang cukup lama. Bahaya yang dapat timbul pada suatu pabrik

banyak sekali jenisnya, hal ini tergantung pada bahan yang akan diolah maupun tipe proses yang dikerjakan.

Secara umum bahaya-bahaya tersebut dapat dibagi dalam tiga kategori , yaitu : 1. Bahaya kebakaran.

2. Bahaya kecelakaan secara kimia.

3. Bahaya terhadap zat-zat kimia.

Untuk menghindari kecelakaan yang mungkin terjadi, berikut ini terdapat beberapa hal yang perlu mendapat perhatian pada setiap pabrik pada umumnya

(70)

7

VII.2.1. Bahaya Kebakaran A. Penyebab kebakaran.

- Adanya nyala terbuka (open flame) yang datang dari unit utilitas, workshop

dan lain-lain.

- Adanya loncatan bunga api yang disebabkan karena korsleting aliran listrik seperti pada stop kontak, saklar serta instrument lainnya.

B. Pencegahan.

- Menempatkan unit utilitas dan unit pembangkitan cukup jauh dari lokasi proses yang dikerjakan.

- Menempatkan bahan yang mudah terbakar pada tempat yang terisolasi dan tertutup.

- Memasang kabel atau kawat listrik di tempat-tempat yang terlindung, jauh dari daerah yang panas yang memungkinkan terjadinya kebakaran.

- Sistem alarm hendaknya ditempatkan pada lokasi dimana tenaga kerja dengan cepat dapat mengetahui apabila terjadi kebakaran

C. Alat pencegah kebakaran.

- Instalasi permanen seperti fire hydrant system dan sprinkle otomatis.

- Pemakaian portable fire-extinguisher bagi daerah yang mudah dijangkau bila terjadi kebakaran. Jenis dan jumlahnya pada perencanaan pabrik ini dapat dilihat pada tabel VII.1.

(71)

[image:71.595.116.516.138.358.2]

Tabel VII.2. Jenis dan Jumlah Fire-Extinguisher.

NO. TEMPAT JENIS BERAT

SERBUK

JARAK

SEMPROT JUMLAH

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Pos Keamanan Kantor

Daerah Proses Gudang Bengkel

Unit Pembangkitan Laboratorium

YA-10L YA-20L YA-20L YA-10L YA-10L YA-20L YA-20L

3.5 Kg 6.0 Kg 8.0 Kg 4.0 Kg 8.0 Kg 8.0 Kg 8.0 Kg

8 m 8 m 7 m 8 m 7 m 7 m 7 m

3 2 4 2 2 2 2

VII.2.2. Bahaya Kecelakaan

Karena kesalahan mekanik sering terjadi dikarenakan kelalaian pengerjaan

maupun kesalahan konstruksi dan tidak mengikuti aturan yang berlaku. Bentuk kerusakan yang umum adalah karena korosi dan ledakan. Kejadian ini selain

mengakibatkan kerugian yang besar karena dapat mengakibatkan cacat tubuh maupun hilangnya nyawa pekerja. Berbagai kemungkinan kecelakaan karena mekanik pada pabrik ini dan cara pencegahan dapat digunakan sebagai berikut :

A. Vessel.

Kesalahan dalam perencanaan vessel dan tangki dapat mengakibatkan

kerusakan fatal, cara pencegahannya :

(72)

9

pengecualian adanya seng dan tembaga. Bahan konstruksi yang biasanya dipakai untuk tangki penyimpan, perpipaan dan peralatan lainnya dalam pabrik ini adalah steel. Semua konstruksi harus sesuai

dengan standar ASME (America Society Mechanical Engineering). - Memperhatikan teknik pengelasan.

- Memakai level gauge yang otomatis.

- Penyediaan man-hole dan hand-hole ( bila memungkinkan ) yang memadai untuk inspeksi dan pemeliharaan. Disamping itu peralatan

tersebut harus dapat diatur sehingga mudah untuk digunakan.

B. Heat Exchanger.

Kerusakan yang terjadi pada umumnya disebabkan karena kebocoran-kebocoran. Hal ini dapat dicegah dengan cara :

- Pada inlet dan outlet dipasang block valve untuk mencegah terjadinya thermal expansion.

- Drainhole yang cukup harus disediakan untuk pemeliharaan.

- Pengecekan dan pengujian terhadap setiap ruangan fluida secara sendiri-sendiri.

- Memakai heat exchanger yang cocok untuk ukuran tersebut. Disamping itu juga rate aliran harus benar-benar dijaga agar tidak terjadi perpindahan panas yang berlebihan sehingga terjadi

(73)

C. Peralatan yang bergerak.

Peralatan yang bergerak apabila ditempatkan tidak hati-hati, maka akan menimbulkan bahaya bagi pekerja. Pencegahan bahaya ini dapat

dilakukan dengan :

- Pemasangan penghalang untuk semua sambungan pipa.

- Adanya jarak yang cukup bagi peralatan untuk memperoleh kebebasan ruang gerak.

D. Perpipaan.

Selain ditinjau dari segi ekonomisnya , perpipaan juga harus ditinjau

dari segi keamanannya hal ini dikarenakan perpipaan yang kurang teratur dapat membahayakan pekerja terutama pada malam hari, seperti terbentur, tersandung dan sebagainya. Sambungan yang kurang

baik dapat menimbulkan juga hal-hal yang tidak diinginkan seperti kebocoran-kebocoran bahan kimia yang berbahaya. Untuk menghindari hal-hal tersebut, maka dapat dilakukan cara :

- Pemasangan pipa (untuk ukuran yang tidak besarhendaknya pada elevasi yang tinggi tidak didalam tanah, karena dapat menimbulkan

kesulitan apabila terjadi kebocoran.

- Bahan konstruksi yang dipakai untuk perpipaan harus memakai bahan konstruksi dari steel.

(74)

11

perubahan suhu, begitu juga harus dicegah terjadinya over stressing

atau pondasi yang bergerak.

- Pemberian warna pada masing-masing pipa yang bersangkutan akan

dapat memudahkan apabila terjadi kebocoran.