DARI ETANOL DAN ASAM ASETAT
KAPASITAS 10.000 TON / TAHUN
Oleh :
JONAS NASTITI I 0502031
HERMAWAN SAPUTRO I 0505034
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
KAPASITAS 10.000 TON / TAHUN Oleh :
JONAS NASTITI NIM. I 0502031 HERMAWAN SAPUTRO
NIM. I 0505034
Dosen pembimbing
Ir. Endah Retno D., MT. NIP. 19690719 200003 2 001
Dipertahankan di depan Tim Penguji :
1. Dwi Ardiana S.,ST.,MT 1. ... NIP. 19730131 199802 2 001
2. Ari Diana S.,ST.,MT. 2. ... NIP. 19750123 200812 2 002
Disahkan, Ketua Jurusan Teknik Kimia
Kimia, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Etil asetat dengan rumus molekul (CH3COOC2H5) adalah salah satu bahan kimia yang digunakan sebagai bahan pelarut terutama dalam industri farmasi dan kosmetik. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, dirancang pabrik etil asetat dari etanol dan asam asetat dengan kapasitas 10.000 ton/tahun. Bahan baku etanol (C2H5OH) sebanyak 7101 ton/tahun diperoleh dari PT. Molindo Raya, Lawang, Jawa Timur sedangkan asam asetat sebanyak 5631 ton/tahun diperoleh dari PT. Indo Acidatama, Solo, Jawa Tengah. Pabrik direncanakan berdiri di Lawang, Jawa Timur pada tahun 2015 dan beroperasi selama 330 hari dalam satu tahun dan proses produksi berlangsung selama 24 jam per hari.
Tahapan proses yang terjadi meliputi persiapan bahan baku etanol dan asam asetat, reaksi pembentukan etil asetat dalam reaktor menara Reactive Distillation. Etil asetat dibuat dengan cara mereaksikan etanol dan asam asetat dengan cara esterifikasi. Reaksi berlangsung dalam reaktor yang berupa menara Reactive Distillation secara adiabatic-non isothermal. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis. Konversi etil asetat untuk reaksi ini mencapai 100 %. Kondisi operasi reaktor berlangsung pada tekanan 3 atm dan suhu 90 – 110 oC dengan katalis resin aktif amberlyst 35 wet. Pemisahan bahan dilakukan dalam dekanter dan pemisahan produk dengan sisa reaktan dilakukan dalam Stripping Column. Hasil atas Stripping Column dikembalikan lagi ke dalam dekanter. Sedangkan hasil bawah Stripping Column merupakan produk etil asetat dengan kemurnian 99,75 %.
Unit pendukung proses pabrik meliputi unit pengadaan air, steam, udara tekan, tenaga listrik. Kebutuhan air untuk umpan boiler, air konsumsi, air pendingin dan sanitasi diperoleh dari air sungai Brantas, sedangkan untuk steam diperoleh dari boiler dengan suhu 138 oC dan tekanan 3,37 atm. Kebutuhan udara tekan disediakan oleh sebuah kompresor. Kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan sebuah generator sebagai cadangan. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk serta limbah.
Bentuk perusahaan yang dipilih Perseroan Terbatas (PT), dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift. Jumlah karyawan keseluruhan adalah 191 orang, dimana karyawan shift 76 orang dan karyawan non-shift 115 orang.
rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Etil Asetat Dari Etanol dan Asam Asetat Kapasitas 10.000 Ton / tahun”.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ir. Endah Retno D, MT selaku Dosen Pembimbing atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.
2. Ir. Arif Jumari, M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS.
3. Ir. Arif Jumari, M.Sc. dan Adrian Nur, ST,MT. selaku Pembimbing Akademik atas bimbingan dan arahannya.
4. Dwi Ardiana S, ST., MT. dan Ari Diana S., ST., MT. selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan pada tugas akhir
5. Segenap Civitas Akademika, atas semua bantuannya.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.
Halaman Pengesahan ii
Motto dan Persembahan iii
Kata Pengantar iv
Daftar Isi v
Daftar Tabel xii
Daftar Gambar xiv
Intisari xv
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik 1
1.2 Penentuan Kapasitas Perancangan Pabrik 2 1.2.1 Kapasitas Pabrik Etil Asetat di Dunia 3
1.2.2 Kebutuhan Produk di Indonesia 4
1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku 4
1.2.4 Kapasitas Pabrik Minimum 4
1.3 Penentuan Lokasi Pabrik 4
1.4 Tinjauan Pustaka 6
1.4.1 Macam – Macam Proses 6
1.4.2 Kegunaan Produk 11
1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk 12
2.1.2 Spesifikasi Katalis 16
2.1.3 Spesifikasi Produk Utama 17
2.1.4 Spesifikasi Produk Samping 17
2.2 Konsep Proses 18
2.2.1 Dasar Reaksi 18
2.2.2 Mekanisme Reaksi dan Kinetika Reaksi 18
2.2.3 Tinjauan Termodinamika 19
2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses 21
2.3.1 Diagram Alir Proses 21
2.3.2 Tahapan Proses 21
2.3.2.1 Tahap Penyimpanan Bahan Baku 21
2.3.2.1 Tahap Penyiapan Bahan Baku 21
2.3.2.2 Tahap Sintesis 22
2.3.2.3 Tahap Pemurnian Produk 22
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas 23
2.4.1 Neraca Massa 23
2.4.2 Neraca Panas 27
2.5 Tata letak Pabrik dan Peralatan 30
2.5.1 Tata Letak Pabrik 30
3.3 Tangki Penyimpan Produk Etil Asetat (T-03) 42
3.4 Menara Reactive Destillation 43
3.5 Stripping Column 44
3.6 Decanter 45
3.7 Pompa I (P-01) 55
3.8 Pompa II (P-02) 56
3.9 Pompa III (P-03) 57
3.10 Heat Exchanger I (HE-01) 57
3.11 Heat Exchanger II (HE-02) 58
3.12 Heat Exchanger III (HE-03) 58
3.13 Reboiler I (RE-01) 59
3.14 Reboiler II (RE-02) 59
3.15 Kondenser I 59
3.15 Kondenser II 59
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 60
4.1 Unit Pendukung Proses 61
4.1.1 Unit Pengadaan dan Pengolahan Air 61
4.1.2 Unit Pengadaan Steam 69
4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan 70
4.2.2 Alat-alat Utama Laboratorium 75
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 76
5.1 Bentuk Perusahaan 76
5.2 Struktur Organisasi 78
5.3 Tugas dan Wewenang 89
5.3.1 Pemegang Saham 74
5.3.2 Dewan Komisaris 74
5.3.3 Dewan Direksi 74
5.3.4 Kepala Bagian 74
5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan 93
5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah 93
5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji 93
5.7 Kesejahteraan Karyawan 97
BAB VI ANALISA EKONOMI 99
6.1 Dasar Perhitungan 103
6.2 Penafsiran Harga Peralatan 106
6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) 106
6.3.1 Fixed Capital Invesment (FCI) 108
6.3.2 Working Capital Investment (WCI) 108
6.4.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) 110
6.4.4 Total Manufacturing Cost (TMC) 110
6.5 Penentuan Total Production Cost (TPC) 106
6.5.1 General Expense (GE) 110
6.5.2 Total Production Cost (TPC) 110
6.6 Profitability 106
6.7 Analisa Kelayakan 106
6.7.1 Percent Return On Investment (%ROI) 111
6.7.2 Pay Out Time (POT) 111
6.7.1 Break Even Point (BEP) 111
6.7.1 Shut Down Point (SDP) 111
6.7.1 Discounted Cash Flow (DCF) 111
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
Lampiran A Data Sifat Fisis Bahan Lampiran B Neraca Massa
Lampiran C Neraca Panas
Gambar 1.2 Lokasi Pendirian Pabrik Etil Asetat 3
Gambar 2.1 Diagram Alir Proses 31
Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif 32
Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif 33
Gambar 2.4 Layout Pabrik 38
Gambar 2.5 Layout Peratan Proses Pabrik 39
Gambar 2.5 Sistem Pengolahan Air Pabrik Etil Asetat 39 Gambar 2.5 Proses pengolahan Limbah Pabrik Etil Asetat 39
Gambar 5.1 Struktur Organisasi Perusahaan 81
Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index 105
Tabel 1.2 Impor Etil Asetat di Indonesia tahun 2003-2007 4 Tabel 1.3 Perbandingan Beberapa Proses Produksi Etil Asetat 14
Tabel 2.1 Komponen Dalam Tiap Arus 23
Tabel 2.2 Neraca Massa Overall 24
Tabel 2.3 Neraca Massa di sekitar Reactive Destillation 25
Tabel 2.4 Neraca Massa di sekitar Decanter 25
Tabel 2.5 Neraca Massa di sekitar Stripping Column 25
Tabel 2.6 Neraca Panas Overall 27
Tabel 2.7 Neraca Panas di sekitar Reactive Destillation 27
Tabel 2.8 Neraca Panas di sekitar Decanter 28
Tabel 2.9 Neraca Panas di sekitar Stripping Column 29
Tabel 4.1 Kebutuhan Air Untuk Steam 92
Tabel 4.2 Kebutuhan Air Pendingin 94
Tabel 4.3 Kebutuhan Listrik Untuk Keperluan Proses dan Utilitas 96 Tabel 4.4 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan 96
Tabel 4.5 Total Kebutuhan Listrik Pabrik 96
Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost 109
Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost 109
Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost 110
Tabel 6.7 General Expense 110
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Perkembangan industri sebagai bagian dari usaha pembangunan ekonomi jangka panjang diarahkan untuk menciptakan struktur ekonomi yang lebih kokoh dan seimbang dengan titik berat industri maju yang didukung oleh sektor – sektor lain yang kokoh. Dengan adanya globalisasi perdagangan, memacu kita untuk lebih cermat menemukan terobosan – terobosan baru sehingga produk yang dihasilkan mempunyai pangsa pasar, daya saing tinggi, efektif dan efisien disamping harus ramah terhadap lingkungan.
Salah satu produk industri yang dibutuhkan saat ini adalah etil asetat yang merupakan suatu senyawa yang banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri cat dan tinta. Selain itu juga banyak digunakan dalam industri kosmetik dan parfum.
Etil asetat mempunyai nama kimia etil etanoat dan mempunyai rumus kimia CH3COOC2H5. Etil asetat berbentuk cairan yang tidak berwarna, dan mendidih pada temperatur 77 ºC.
sebagai salah satu bahan pelarut yang ramah terhadap lingkungan akan semakin meningkat. Sehingga penting sekali adanya perencanaan pendirian pabrik etil asetat di Indonesia, untuk membantu menyediakan bahan pembantu serta diharapkan juga dapat menjadi komoditi ekspor.
1.2. Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik
Ada beberapa pertimbangan dalam pemilihan kapasitas pabrik etil asetat. Penentuan kapasitas pabrik etil asetat dengan pertimbangan – pertimbangan sebagai berikut:
1.2.1. Kapasitas produksi pabrik etil asetat di dunia
Kapasitas produksi pabrik etil asetat di dunia dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 1.1 Data Kapasitas Produksi Pabrik Etil Asetat di Dunia
Perusahaan Lokasi Kapasitas ( x 103
Ton/ tahun)
Aliachem Pardubice Czech Republic 12
Atanor Buenos Aires,
Argentina
10
BP Chemicals Hull UK 220
Celanese La Cangrejera, Mexico 92
Pampa, Texas, US 60
Pulau Sakra Singapore 60
Chiba Ethyl Acetate Ichihar Japan 50
Perusahaan Lokasi Kapasitas ( x 103
Ton/ tahun)
Longview Texas, US 32
Ercros Tarragona, Spain 60
International Ester Ulsan, South Korea 75
Jubilant Organosys Gajraula and Nira, India 32
Korea Alcohol Industry Yokkaichi, Japan 40
Laxmi Organic Industries Mahad, India 35
Rhodia Brasil Paulinia, Brazil 100
Sasol Secunda, South Africa 50
Shandong Jinyimeng Chemical Shandong, China 80
Shanghai Jinyimeng Chemical Wujing, China 30
Showa Denko Nanyo, Japan 150
Showa Esterindo Indonesia Merak, Indonesia 60
Indo Acidatama Solo, Indonesia 7,5
Massachusetts US 14
Treton Michigan, US 11
Svensk Etanolkemi Domsjo, Sweden 35
Union Carbide Stockholm, Swede 30
Yangtze River Acetyls Chongging, China 30
1432
Yang Lain 83
Total 1515
tahunnya akan mengalami kenaikan 5-6 % sehingga diperkirakan pada tahun 2015 permintaan etil asetat akan mencapai angka 2,722 juta ton.
(www.chemweek.com)
1.2.2. Kebutuhan produk di Indonesia
Meskipun etil asetat telah diproduksi di dalam negeri,namun hingga kini Indonesia masih mengimpor komoditi tersebut. Impor etil asetat ini didatangkan dari beberapa negara antara lain China, India dan Singapura. Data yang diperoleh dari BPS, prediksi kebutuhan etil asetat mengalami peningkatan. Perkembangan impor etil asetat di Indonesia dapat dilihat pada tabel sebagai berikut :
Tabel 1.2 Impor etil asetat di Indonesia
Tahun Impor ( ton )
2003 7.721,240
2004 11.862,336
2005 10.433,602
2006 12.401,710
2007 14.547,188
( www.bps.go.id)
Dari tabel diatas dapat diperoleh persamaan garis lurus antara data tahun sebagai sumbu x dan data impor sebagai sumbu y yaitu :
y = 1419.1x - 3E+06
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
tahun
Gambar 1.1 Grafik Impor Etil Asetat di Indonesia
Jika direncanakan mendirikan pabrik pada tahun 2015, maka diperkirakan kebutuhan etil asetat cukup besar yaitu sekitar 17.456,6 ton/tahun. Kapasitas pabrik etil asetat yang telah ada di Indonesia yaitu PT. Indo Acidatama sebesar 7500 ton/tahun, maka dengan didirikannya pabrik dengan kapasitas 10.000 ton/tahun diharapkan dapat memenuhi kebutuhan etil asetat di Indonesia.
1.2.3. Ketersediaan bahan baku
Bahan baku pembuatan etil asetat adalah etanol (C2H5OH) dan asam asetat (CH3COOH). Kebutuhan etanol disuplai dari PT. Molindo Raya
1.2.4. Kapasitas pabrik minimum
Kapasitas pabrik yang akan berdiri minimal sama dengan kapasitas pabrik yang paling kecil yang telah berdiri, dimana dengan kapasitas tersebut pabrik sudah mendapatkan keuntungan. Kapasitas minimal pabrik yang layak berdiri dapat diketahui dari kapasitas pabrik – pabrik yang telah ada, yaitu PT Indo Acidatama yang memproduksi etil asetat dengan kapasitas 7500 ton / tahun.
Berdasarkan pertimbangan di atas maka kapasitas pabrik yang akan dibangun sebesar 10.000 ton/tahun, dimana diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri.
1.3. Penentuan Lokasi Pabrik
1. Ketersediaan bahan baku
Bahan baku pembuatan etil asetat adalah etanol yang diperoleh dari PT. Molindo Raya yang terletak di daerah Lawang, Jawa Timur. Sedangkan untuk kebutuhan asam asetat berasal dari PT. Indo Acidatama dan katalis resin Amberlyst-35 wet diperoleh dari PT. Rajawali Mas, Surabaya.
2. Pemasaran
Etil asetat digunakan untuk industri tinta, thinner, cat dan lain sebagainya. Pemilihan lokasi di Lawang, dekat dengan pemasaran produk etil asetat yang sebagian konsumennya tersebar di daerah Surabaya.
3. Tenaga kerja mudah didapatkan
Daerah Lawang yang dekat dengan Surabaya sehingga untuk mendapatkan tenaga kerja ahli maupun tenaga kerja biasa dari daerah sekitar industri cukup mudah.
4. Sumber tenaga dan bahan bakar
Kebutuhan listrik didapatkan dari PLN dan generator sebagai cadangan apabila listrik dari PLN mengalami gangguan, dimana bahan bakarnya diperoleh dari Pertamina
5. Kondisi geografis
pengaruh yang besar terhadap jalannya proses produksi. Selama ini bencana banjir, gunung meletus, atau bencana alam lainnya belum pernah menimpa daerah Lawang ( stabil ).
6. Sarana dan Prasarana
Pendirian pabrik di daerah Lawang dengan mempertimbangkan bahwa di daerah ini telah memiliki sarana dan prasarana yang meliputi jalan, bank-bank, dan jaringan telekomunikasi yang baik dan lengkap. 7. Faktor-faktor lain
Lawang merupakan kawasan industri sehingga hal–hal yang sangat dibutuhkan dalam kelangsungan proses produksi suatu pabrik telah tersedia dengan baik seperti sarana transportasi, energi, keamanan lingkungan, faktor sosial, serta perluasan pabrik.
Gambar 1.2 Lokasi pendirian pabrik Etil asetat
Lokasi Pendirian Pabrik
1.4. Tinjauan Pustaka 1.4.1. Macam – macam proses
Ada 4 macam proses pembuatan etil asetat dan 2 diantaranya merupakan proses yang komersial, yaitu :
1. Proses Tischchenko Reaksi yang terjadi :
2 CH3CHO CH3COOCH2CH3
Proses ini pertama kali dikembangkan oleh Tischchenko, dimana konversinya 61 %. Bahan baku yang digunakan adalah asetaldehid dengan katalis alumina etoksida pada T = -20 °C. Proses ini dikembangkan pada industri di Eropa selama satu setengah abad dimana aseteldehid menjadi bahan intermediate yang penting dibandingkan dengan asetilen.
( McKetta, 1976) 2. Etil Asetat dari etilen dan asam asetat
Reaksi yang terjadi :
CH3COOH + C2H4 CH3COOC2H5
Proses berlangsung dengan menggunakan katalis Phorporic acid 10 – 90 %, dengan suhu 100°C - 300 °C dan tekanan 1 atm, konversi yang didapat adalah sebesar 43,6 %.
3. Proses esterifikasi dengan katalis asam sulfat Reaksi yang terjadi :
Proses berlangsung dengan menggunakan katalis asam sulfat pada suhu 155 ºC dan tekanan atmosferis dengan konversi kesetimbangan sebesar 66,57 %.
( Faith Keyes, 1957) 4. Proses esterifikasi dengan Reactive Destillation
Reaksi yang terjadi :
CH3COOH + C2H5OH katalis resin CH3COOC2H5 + H2O
Proses pembutan ester dapat dilakukan dengan menggunakan Reactive Distillation. Reactive Distillation merupakan suatu alat yang
suhu antara 90-110 oC, konversi maksimal yang di dapat juga lebih besar yaitu 100%
(Lai et all, 2007) Tabel 1.3 Perbandingan Beberapa Proses Produksi Etil Asetat
Pertimbangan Tishchenko Etilen dan asam asetat Korosifitas kecil kecil besar sekali sangat kecil Unit
pemisahan katalis
dibutuhkan dibutuhkan dibutuhkan tidak dibutuhkan
Biaya operasi tinggi sekali tinggi tinggi rendah
Dari beberapa pertimbangan di atas dipilih proses esterifikasi menggunakan katalis resin aktif karena :
1. Bahan baku mudah di peroleh di dalam negeri 2. Konversi yang didapat sangat tinggi
3. Temperatur relatif rendah 4. Tingkat korosivitas kecil
5. Tidak diperlukan unit pemisahan katalis 6. Mengurangi arus recycle
1.4.2. Kegunaan Produk
Kegunaan utama dari etil asetat adalah sebagai pelarut dalam industri cat, tinta, kosmetik, essens, parfum, dan film foto grafik. Selain itu digunakan dalam bidang farmasi digunakan untuk pemekatan dan pemurnian antibiotik
1.4.3. Sifat–sifat fisik dan kimia bahan baku dan produk a. Bahan Baku
1. Etanol
Sifat fisik etanol :
- Bentuk : cairan tidak berwarna
- Rumus molekul : C2H5OH
- Berat molekul,gr/grmol : 46,069 - Titik leleh, °C : -112 - Titik didih, °C : 78,4 - Temperatur kritis, °C : 243,1 - Tekanan kritis, atm : 63,1 - Densitas pada 25°C, g/ml : 0,78506
(Yaws, 1999) Sifat kimia Etanol
- Etanol dapat dibuat dari fermentasi glukosa C6O12O6 enzim C2H5OH + CO2 - Sangat larut dalam air, eter
2. Asam Asetat
Sifat fisik Asam Asetat :
- Bentuk : cairan tidak berwarna
- Rumus molekul : CH3COOH
- Berat molekul,gr/grmol : 60,053 - Titik leleh, °C : 16,635 - Titik didih, °C : 118,1 - Temperatur kritis, °C : 321,6 - Tekanan kritis, atm : 57,2 - Densitas pada 25°C, g/ml : 1,044
(Yaws, 1999) Sifat kimia Asam asetat :
- Asam asetat dibuat dari oksidasi asetaldehid CH3CHO [O] CH3COOH
(Faith Keyes, 1957) b. Katalis
Amberlyst 35 wet
- Bentuk : padatan
- Bentuk ion : H+
- Matrix : Polystyrene Divinyl Benzene - Densitas, g/liter : 800
- Surface area, m2/g : 50
- Diameter pori, Amstrong : 300 - Total pori, ml/g : 0,35
(Rhom and Haas Company)
c. Produk
1. Etil Asetat
Sifat fisik Etil Asetat :
- Bentuk : cairan tidak berwarna
- Rumus molekul : CH3COOC2H5 - Berat molekul,gr/grmol : 88,016 - Titik didih, °C : 77,1 - Temperatur kritis, °C : 250,1 - Tekanan kritis, atm : 37,8 - Densitas pada 25°C, g/ml : 1,85
(Yaws,1999) Sifat kimia
- Merupakan senyawa derivat dari asam karboksilat
- Etil asetat adalah senyawa yang mudah terbakar dan mempunyai resiko peledakan ( bersifat eksplosif ).
- Etil asetat dapat dibuat dari esterifikasi antara asam asetat dan etanol.
(Faith Keyes, 1957) 2. Air
Sifat fisik Air :
- Berat molekul, gr/gmol : 18,015 - Spesifik gravity : 1
(Yaws,1999) Sifat kimia Air :
- Pelarut kimia yang baik (paling sering digunakan) - Merupakan reagen penghidrolisa pada reaksi hidrolisa - Memiliki sifat netral (pH 7 )
(Faith Keyes,1957)
1.4.4. Tinjauan Pustaka
Etil asetat dihasilkan dari reaksi esterifikasi antara etanol dan asam asetat. Reaksi yang terjadi bersifat reversible. Katalis yang digunakan adalah resin aktif Amberlyst 35 wet. Reaksi berlangsung dalam reaktor yang berupa menara Reactive Distillation secara non-isothermal adiabatic pada suhu 90 – 110 oC dan tekanan 3 atm.
Reactive Distillation adalah suatu menara destilasi yang disertai
dengan reaksi. Terdiri dari dua bagian yaitu seksi enriching dan seksi reaksi. Dalam seksi reaksi berisi padatan katalis. Etanol dan asam asetat masuk reaktor yang berupa menara Reactive Distillation pada bagian base coloumn dimana terdapat padatan katalis paling banyak .
BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1.
Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pendukung dan Produk 2.1.1. Spesifikasi bahan bakua. Etanol
- Bentuk : Cairan tidak berwarna - Rumus molekul : C2H5OH
- Berat molekul,gr/grmol : 46,069 - Titik leleh, °C : -112 - Titik didih, °C : 78,4 - Densitas pada 25°C, g/ml : 0,78506 - Kemurnian : 95,58 %
- Komposisi : Etanol 96,5 % volum Air 3,5 % volum
(PT. Molindo Raya) b.Asam Asetat
- Bentuk : Cairan tidak berwarna - Rumus molekul : CH3COOH
- Densitas pada 25°C, g/ml : 1,044
- Komposisi : Asam asetat 99 % berat Air 1% berat
( PT. Indo Acidatama) 2.1.2. Spesifikasi bahan pendukung (katalis)
Amberlyst 35 wet
- Bentuk : Padatan
- Bentuk ion : H+
- Matrix : Polystyrene Divinyl Benzene - Densitas, g/liter : 800
- Surface area, m2/g : 50
- Ukuran, mm : 0,7-0,95
- Diameter pori, Amstrong : 300 - Total pori, ml/g : 0,35
(Rhom and Haas Company ) 2.1.3. Spesifikasi produk
a. Etil Asetat
- Bentuk : Cairan tidak berwarna
- Rumus molekul : CH3COOC2H5
- Densitas pada 25°C, g/ml : 1,85
- Komposisi : Etil asetat 99,5 % berat min : Air 0,05 % berat max
(www.davyprotech.com) b. Air
- Rumus Molekul : H2O
- Berat Molekul : 18,015 g/gmol
- Wujud : Cair
- Warna : Tidak berwarna
( Yaws,1999) 2.2. Konsep Proses
2.2.1. Dasar Reaksi
Pembuatan etil asetat dengan bahan baku etanol dan asam asetat merupakan reaksi esterifikasi.
Reaksinya adalah sebagai berikut :
C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5 + H2O
Reaksi terjadi pada fase cair dengan katalis padat yaitu resin Amberlyst 35 wet. Reaksi berlangsung dalam reaktor yang berupa menara
Reactive Distillation yang beroperasi secara non-isothermal adiabatic.
Sehingga pada setiap stage terjadi perubahan suhu. Reaksi bersifat eksotermis, panas reaksi yang dihasilkan digunakan untuk menguapkan produk yang terbentuk. Pada reaksi reversible ( (bolak-balik ) apabila
produk dari suatu sistem diambil maka kesetimbangan akan bergeser ke arah produk yang diambil.
Reaksi dilakukan pada suhu 90 – 110 oC dengan perbandingan mol antara asam asetat dan etanol = 0,985
( Lai et all, 2007 ) 2.2.2. Mekanisme Reaksi
Reaksi yang terjadi:
C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5 + H2O
( E ) ( A ) ( EA ) ( W )
Mekanisme reaksi :
Tahapan-tahapan yang mengontrol kecepatan reaksi berkatalis resin dapat dikelompokan menjadi tiga yaitu :
1. Reaksi permukaan 2. Difusi internal 3. Difusi eksternal
( Phallak, 2004 ) Reaksi esterifikasi antara asam asetat dengan etanol dengan katalis resin, difusi eksternal dan internal pada katalis resin dapat diabaikan. Difusi eksternal merupakan difusi dari bulk liquid ke permukaan resin. Ketika cairan melewati permukaan resin maka akan terbentuk lapisan diam (stagnant boundary layer) dimana kecepatan cairan mendekati nol. Pada lapisan ini kecepatan transfer dipengaruhi oleh perbedaan konsentrasi pada lapisan diam serta koefisien difusivitas. Pada bulk liquid kecepatan transfer
k1
hanya dipengaruhi difusivitas. Proses difusi eksternal untuk resin sangat cepat karena lapisan yang timbul sangat tipis pada kecepatan cairan yang rendah. Difusi eksternal juga tidak mengontrol kecepatan reaksi untuk viskositas reaktan yang cukup rendah. Namun untuk viskositas yang tinggi atau kecepatan pengadukan yang rendah difusi eksternal perlu diperhitungkan.
Difusi internal partikel merupakan difusi cairan dari permukaan resin melalui pori. Difusi internal terjadi sangat cepat, karena ukuran partikelnya yang relatif kecil. Sehingga difusi internal dapat diabaikan dan tahanan transfer massa juga dapat diabaikan.
Pada reaksi esterifikasi asam asetat dengan etanol dengan katalis resin, reaktan yang bersifat polar adalah etanol. Ion H+ yang berada dalam katalis bergerak bebas dan terlarut sebagaimana pada reaksi homogen. Ikatan polimer resin dengan –SO3H akan terdisosiasi. Ion H+ akan bergerak bebas dalam cairan pada pori-pori resin sebagai bagian aktif (active sites) yang akan menjadi agen katalis untuk mempercepat terjadinya reaksi esterifikasi. Sementara itu –SO3 akan tetap berada pada permukaan polimer. Pendekatan ini dapat diambil jika cairan bersifat polar. Sehingga kecepatan reaksi dapat didekati dengan Pseudo-homogenous model. Yang berarti reaksi dapat dianggap sebagai reaksi homogen.
2.2.3. Tinjauan Kinetika
Dari hasil studi kinetik, konstanta kecepatan reaksi pada proses pembentukan etil asetat dengan katalis resin dapat dihitung dengan persamaan :
r = mkat(k1CA CE – k2 CEA CW )………( 2.1) k1 = 1,24 x 109 exp (-6105,6 / T )
k2 = 1,34 x 108 exp (-5692,1 / T ) dengan
r = kecepatan reaksi ( mol /min ) mkat = massa katalis ( gram )
k = konstanta kecepatan reaksi ( cm6 mol-1 g-1 min-1 ) CA = konsentrasi asam asetat (mol/liter)
CE = konsentrasi etanol ( mol/liter ) CEA = konsentrasi etil asetat ( mol/liter ) CW = konsentrasi air ( mol/liter )
T = suhu ( K )
( Lai et all, 2007 ) 2.2.3. Tinjauan Termodinamika
Reaksi yang terjadi antara asam asetat dan etanol : CH3COOH + C2H5OH katalis CH3COOC2H5 + H2O
Data Ho f298 untuk tiap mol masing-masing komponen :
298
Harga H o298 bernilai negatif sehingga reaksi bersifat eksotermis
ln
Nilai K kecil sehingga reaksi bersifat reversible.
(Smith JM, 2001)
2.3. Diagram Alir Proses Dan Tahapan Proses 2.3.1 Diagram Alir Proses
Diagram alir ada tiga macam, yaitu : a. Diagram alir proses (gambar 2.1) b. Diagram alir kualitatif (gambar 2.2) c. Diagram alir kuantitatif (gambar 2.3) 2.3.2 Tahapan Proses
Proses pembuatan etil asetat dapat dibagi dalam tiga tahap yaitu : 1. Tahap persiapan bahan baku
2. Tahap reaksi pembentukan etil asetat 3. Tahap pemurnian produk
2.3.2.1. Tahap persiapan bahan baku
dari tangki penyimpan (T-02) dipompa melalui P-02 kemudian dipanaskan di HE-02 sehingga suhunya juga menjadi 109,66 oC dan tekanan 3 atm.
2.3.2.2. Tahap reaksi pembentukan etil asetat
Asam asetat dan etanol diumpankan pada bagian base coloumn reaktor menara Reactive Distillation yang berisi katalis resin amberlyst 35 wet. Reaktor beroperasi secara non isothermal-adiabatic pada tekanan 3
atm dan suhu 90 – 110 oC. Reaksi esterifikasi etil asetat terjadi pada fase cair dan bersifat eksotermis.
Reaktor yang berupa menara Reactive Distillation terdiri dari dua bagian yaitu seksi enriching dan seksi reaksi. Seksi enriching berada pada bagian atas menara. Pada seksi ini tidak terjadi reaksi melainkan terjadi pemurnian produk yakni memisahkan etil asetat terhadap komponen yang lebih berat. Pada seksi reaksi terdapat 12 stage termasuk pada base column. Sebelas seksi reaksi berisi katalis resin amberlyst 35 seberat 1 kg.
Sedangkan pada base column berat katalis adalah 10,642 kg. Suhu atas menara sebesar 92,85 oC dan suhu bawah menara sebesar 109,66 oC. Dengan kondisi yang seperti ini, penggabungan antara performa dari seksi enriching dan seksi reaksi maka konversi dapat mencapai 100%. Hasil atas
2.3.2.3. Tahap pemurnian produk
Arus keluar dari reaktor Reactive Distillation (RD-01) dikondensasikan dengan kondenser (CD-01) kemudian dipisahkan dalam Dekanter (DC-01) bersamaan dengan hasil atas Stripping Column (SC-01). Dekanter (DC-01) beroperasi pada suhu 92,85 oC dan tekanan 2,8 atm. Dekanter digunakan untuk memisahkan campuran yang berupa etil asetat, etyanol dan air. Arus keluar dari Dekanter (DC-01) berupa 2 fase yaitu Light component (fase ringan)dan Heavy component (fase berat). Arus
fase ringan akan keluar sebagai hasil atas dan arus fase berat akan keluar sebagai hasil bawah. Arus fase ringan yang sebagian besar mengandung etil asetat dipompa melalui P-03 sebagai refluk menuju reaktor menara Reactive Distillation (RD-01) dan sebagian lagi diumpankan ke Stripping
Column (SC-01). Sedangkan arus fase berat yang sebagian besar
mengandung air dialirkan menuju unit pengolahan limbah.
Di dalam Stripping Column (SC-01) campuran etil asetat akan dimurnikan lebih lanjut. Stripping Column (SC-01) merupakan packed tower dengan bahan isian rasching ring keramik. Kondisi operasi
berlangsung pada tekanan 2,7 atm. Hasil bawah Stripping Column (SC-01) yang bersuhu 101,463 oC diambil sebagai produk dengan kemurnian etil asetat 99,75 %berat, etanol 0,2 % berat dan air 0,05 % berat. Selanjutnya hasil ini akan ditampung dalam tangki penyimpan produk (T-03) yang sebelumnya terlebih dahulu didinginkan melalui HE-03 sampai suhu 35 o
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas
Produk : Etil asetat 99,75 % Kapasitas perancangan : 10.000 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 2.1 Komponen dalam tiap arus
komponen
Arus
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Asam asetat v - - - -
Etanol - v v v v v v v v
Etil asetat - - v v v v v v v
Neraca Massa Total
Tabel 2.2 Neraca Massa Total
komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Arus 1 Arus 2 Arus 5 Arus 7
Etil asetat 0,0000 0,0000 26,0500 1259,4697
Etanol 0,0000 682,6244 21,1086 2,5253
Air 8,9662 28,4427 297,9061 0,6313
Asam asetat 887,6577 0,0000 0,0000 0,0000 total 896,6239 711,0670 345,0647 1262,6263
1607,6909 1607,6909
Neraca Massa di sekitar Reactive Distillation
Tabel 2.3 Neraca massa di sekitar Reactive Distillation
komponen
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam )
Arus 1 Arus 2 Arus 4 Arus 3
Etil asetat 0,0000 0,0000 5301,6269 6587,1465
Etanol 0,0000 682,6244 180,1278 203,7617
Air 8,9662 28,4427 414,3127 712,8501
Asam asetat 887,6577 0,0000 0,0000 0,0000
total 896,6239 711,0670 5896,0674 7503,7584
7503,7584 7503,7584
Neraca Massa di sekitar Dekanter
Tabel 2.4 Neraca massa di sekitar Dekanter
komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Arus 3 Arus 8 Arus 9 Arus 5
Etil asetat 6587,1465 3688,6937 10249,7903 26,0500 Etanol 203,7617 165,5933 348,2464 21,1086 Air 712,8501 386,0589 801,0029 297,9061
Asam asetat 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000
total 7503,7584 4240,3459 11399,0396 345,0647
Neraca Massa di sekitar Stripping Coloumn
Tabel 2.5 Neraca massa di sekitar Stripping Coloumn
komponen
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Arus 6 Arus 7 Arus 8
Etil asetat 4948,1634 1259,4697 3688,6937
Etanol 168,1185 2,5253 165,5933
Air 386,6902 0,6313 386,0589
Asam asetat 0,0000 0,0000 0,0000
total 5502,9721 1262,6263 4240,3459
5502,9721 5502,9721
2.4.2 Neraca Panas
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Satuan : kJ
Neraca panas total
Tabel 2.6 Neraca panas total
Arus Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)
Q arus 1 171991,3537 0,0000
Q arus 2 152600,4903 0,0000
Q arus 5 0,0000 97151,0656
Q arus 7 0,0000 227440,7783
total 324591,8440 324591,8440
Neraca panas di sekitar Reactive Distillation
Tabel 2.7 Neraca panas di sekitar Reactive Distillation
Q reboiler 8722253,7741 0,0000 total 13507633,3404 13507633,3404
Neraca panas di sekitar Dekanter
Tabel 2.8 Neraca panas di sekitar Dekanter
arus input kJ/jam output kJ/jam Q arus 8' 1457800,4956 0,0000 Q arus 3' 2594737,3046 0,0000 Q arus 5 0,0000 97151,0656 Q arus 9 0,0000 3955386,7346 4052537,8003 4052537,8003
Neraca panas di sekitar Stripping Column
Tabel 2.9 Neraca panas di sekitar Stripping Column
Neraca panas di sekitar HE-01
Tabel 2.10 Neraca panas di sekitar HE-01
arus input kJ/jam output kJ/jam
Q arus 1' 9432,025 0,000
Q HE 162268,457 0,000
Q arus 1 171991,354
Neraca panas di sekitar HE-02
Tabel 2.11 Neraca panas di sekitar HE-02
arus input kJ/jam output kJ/jam
Q arus 2' 15435,584 0,000
Q HE 137164,906 0,000
Q arus 2 0,000 152600,490
total 152600,490 152600,490
Neraca panas di sekitar HE-03
Tabel 2.12 Neraca panas di sekitar HE-03
arus input kJ/jam output kJ/jam Q arus 3’ 227440,778 0,000
Q HE 0,000 167377,642
Q arus 3 0,000 60063,1360
2.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan 2.5.1 Tata Letak Pabrik
Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja para pekerja serta keselamatan proses.
Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :
1. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa depan.
2. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan, maka perencanaan tata letak selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan panas, dan dari bahan yang mudah meledak, juga jauh dari asap atau gas beracun.
3. Sistim kontruksi yang direncanakan adalah out door untuk menekan biaya bangunan dan gedung, dan juga karena iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secara out door.
4. Harga tanah amat tinggi sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian dan pengaturan ruangan / lahan.
(Vilbrant, 1959) Secara garis besar tata letak dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu :
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.
Gambar 2.4 Tata Letak Pabrik 2
6
20
10
7
5
9 15
16
4
21
19
15 16 14
11 12
13 17
18
8
8
Jalan Raya
________________________________________________________________________________________________
Keterangan :
1. Area perluasan 2. Bahan baku
3. Area proses dan bahan baku 4. Ruang kontrol dan kualiti kontrol 5. Laboratorium
6. Area parkir forklift 7. Bengkel teknik 8. Hydrant 9. Utilitas
10.Gudang produk 11.Kantor
12.Gedung serba guna
13.Area parkir mobil dan bus karyawan 14.Poliklinik
15.Mushola 16.Kantin 17.Pintu utama 18.Pintu darurat 19.Pos satpam 20.Parkir truk
2.5.2 Tata Letak Peralatan
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak peralatan proses pada pabrik etil asetat, 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 pekerja.
3. Cahaya
Penerangan seluruh pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan.
4. Lalu lintas manusia
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 kerusakan dapat diminimalkan.
(Vilbrant, 1959) Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga :
- Kelancaran proses produksi dapat terjamin - Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia
Gambar 2.5 Tata Letak Peralatan
Keterangan :
1. Tangki Asam asetat (T-01) 2. Tangki Etanol (T-02) 3. Tangki Etil Asetat (T-03) 4. Pompa (P-01, P-02, P-03)
6. Pendingin / cooler (HE-03) 7. Reboiler (RB-01, RB-02) 8. Kondenser (CD-01, CD-02)
9. Reaktor Menara Reactive Distillation (RD-01) 10.Dekanter (DC-01)
BAB III
SPESIFIKASI PERALATAN PROSES
3.1.Tangki Penyimpan Asam Asetat
Kode : T-01
Fungsi : Menyimpan bahan baku asam asetat selama satu bulan
Jenis : Tangki silinder tegak dengan alas datar (flat bottom) dengan bagian atas conical roof
Jumlah : 1 Buah
Bahan : Stainless steel SA 167 grade 3 Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 30˚C Dimensi :
Diameter tangki : 10,6681 m Tinggi tangki : 9,1441m
Tebal tangki : Course 1 : 0,0143 m
Course 2 : 0,0127 m
Course 3 : 0,0127 m
Course 4 : 0,0111 m
Course 5 : 0,0111 m
3.2.Tangki Penyimpan Etanol
Kode : T-02
Fungsi : Menyimpan bahan baku etanol selama dua minggu Jenis : Tangki silinder tegak dengan alas datar (flat bottom)
dengan bagian atas conical roof
Jumlah : 1 Buah
Bahan : Carbon steel SA 283 grade C Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 30 ˚C Dimensi :
Diameter Tangki : 9,1441 m Tinggi Tangki : 5,4865 m
Tebal Tangki : Course 1 : 0,0143 m
Course 2 : 0,0127 m
Course 3 : 0,0127 m
Tebal Head : 0,0079 m Tinggi Head : 1,2244 m Tinggi total : 6,7109 m
3.3.Tangki Penyimpan Produk Etil Asetat
Kode : T-03
Fungsi : Menyimpan produk etil asetat selama satu bulan Jenis : Tangki silinder tegak dengan alas datar (flat bottom)
Jumlah : 1 Buah
Bahan : Carbon Steel SA 283 grade C Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 35˚C Dimensi :
Diameter Tangki : 12,1921 m Tinggi Tangki : 10,9729 m
Tebal Tangki : Course 1 : 0,0222 m
Course 2 : 0,0206 m
Course 3 : 0,0191 m
Course 4 : 0,0175 m
Course 5 : 0,0175 m
Tebal Head : 0,0111 m Tinggi Head : 1,6326 m Tinggi Total : 12,6055 m 3.4. Reaktor Menara Reactive Distillation
Kode : RD-01
Fungsi : Mereaksikan asam asetat dengan etanol menjadi etil asetat
Tipe : Sieve Tray Tower
Material : Stainless steel SA 167 grade 3
Kondisi operasi
Puncak : T = 92,85 oC Bawah : T = 109,66 oC Shell
Diameter : 1,016 m Tebal shell : 0,00635 m Tinggi shell : 9,556 m
Head
Tipe : Torispherical head Tebal head : 0,00635 m
Tinggi head : 0,219 m
Tinggi total : 12,823 m 3.5. Dekanter
Kode : DC-01
Fungsi : Memisahkan etil asetat hasil atas RD sebagai Light component dan air sebagai Heavy component
Jenis : Horisontal drum dengan torispherical head
Jumlah : 1 Buah
Volume : 4,41 m3
Bahan : Carbon Steel SA 283 Grade C Kondisi : Tekanan : 2,8 atm
Dimensi :
Diameter tangki : 1,23 m Panjang tangki : 3,698 m
Tebal : 0,0064 m
Head
Tipe : Torispherical Dished Head Tebal Head : 0,0064 m
Waktu tinggal : 15,33 menit 3.6. Stripping Column
Kode : SC-01
Fungsi : Memurnikan produk etil asetat dari air dan etanol
Tipe : Packed tower
Material : Carbon Steel SA 283 grade C
P : 2,7 atm
Kondisi operasi
Puncak : T = 92,85 oC Bawah : T = 101,46 oC
Bahan isian : Rasching Ring Keramik Shell
Head
Tipe : Torispherical head Tebal head : 0,00476 m
Tinggi head : 0,23 m
Tinggi total : 15,13 m 3.7.Pompa I
Kode : P-01 A/B
Fungsi : Mengalirkan asam asetat dari tangki penyimpan asam asetat (T-01) ke reaktor menara Reactive Distillation (RD-01)
Jenis : Single Stage Centrifugal Pump Bahan : Stainless steel SA 167 grade 3
Jumlah : 2 Buah
Kapasitas : 6,08 gpm Power Pompa : 0,25 HP Power Motor : 0,5 HP Tegangan : 220/380 volt
Frekuensi : 50 Hz
NPSH required : 0,95 ft = 0,2896 m NPSH available : 47,83 ft = 14,2786 m Pipa yang digunakan:
ID : 1,049 in = 0,0266 m
OD : 1,32 in = 0,0335m
3.8.Pompa II
Kode : P-02 A/B
Fungsi : Mengalirkan etanol dari tangki penyimpanan etanol (T-02) ke reaktor menara Reactive Distillation (RD-01)
Jenis : Single Stage Centrifugal Pump Bahan : Carbon Steel SA 283 Grade C
Jumlah : 2 Buah
Kapasitas : 4,76 gpm Power Pompa : 0,25 HP Power Motor : 0,33 HP
NPSH required : 0,8 ft = 0,2438 m NPSH available : 44,18 ft =13,4661 m Pipa yang digunakan:
D, Nominal Size : 1 in = 0,0254 m Schedule Number : 40
ID : 1,049 in =0,0266 m
3.9.Pompa III
Kode : P-03 A/B
Fungsi : Mengalirkan light component dari Dekanter (DC-01) ke reaktor menara Reactive Distillation (RD-01) dan Stripping Column (SC-01)
Jenis : Single Stage Centrifugal Pump Bahan : Carbon Steel SA 283 Grade C
Jumlah : 2 Buah
Kapasitas : 73,82 gpm Power Pompa : 6 HP Power Motor : 9 HP
NPSH required : 4,995 ft = 1,5224 m NPSH available : 71,94 ft =21,9273 m Pipa yang digunakan:
D, Nominal Size : 3 in =0,0762 m Schedule Number : 40
ID : 3,068 in =0,0779 m
OD : 3,5 in =0,0889 m
3.10. Heat Exchanger I
Kode : HE-01
Jenis : Double Pipe Heat Exchanger
Jumlah : 1 buah
Beban panas : 162268,457 kJ/jam Luas area transfer : 20,88 ft2
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 167 grade 3 Pipa dalam
Fluida : Saturated steam Kapasitas : 91,3918 lb/jam Suhu masuk : 138 oC
Suhu keluar : 138 oC
IPS : 2 in = 0,0508 m
SN : 40
Diameter luar : 2,38 in = 0,0605 m Diameter dalam : 2,067 in =0,0525 m Panjang hairpin : 12 ft =3,6576 m Jumlah hairpin : 2 buah
Pipa luar
Fluida : Umpan asam asetat Kapasitas : 1976,697 lb/jam Suhu masuk : 30 oC
Suhu keluar : 109,66 oC IPS : 3 in = 0,0762 m
Diameter luar : 3,5 in =0,0889 m Diameter dalam : 3,068 in = 0,0779 m
3.11. Heat Exchanger II
Kode : HE-02
Fungsi : Memanaskan etanol dari tangki penyimpan etanol (T-02) sebelum masuk ke ke reaktor menara Reactive Distillation (RD-01)
Jenis : Double Pipe Heat Exchanger
Jumlah : 1 buah
Beban panas : 137164,906 kJ/jam Luas area transfer : 20,88 ft2
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C Pipa dalam
Fluida : Saturated steam Kapasitas : 92,2954 lb/jam Suhu masuk : 138 oC
Suhu keluar : 138 oC
IPS : 2 in = 0,0508 m
SN : 40
Pipa luar
Fluida : Umpan etanol Kapasitas : 1567,6184 lb/jam Suhu masuk : 30 oC
Suhu keluar : 109,66 oC
IPS : 3 in =0,0762 m
SN : 40
Diameter luar : 3,5 in = 0,0889 m Diameter dalam : 3,068 in = 0,0779 m
3.12. Heat Exchanger III
Kode : HE-03
Fungsi : Mendinginkan hasil bawah Stripping Column (SC-01) sebelum masuk ke tangki penyimpanan produk (T-03)
Jenis : Double Pipe Heat Exchanger
Jumlah : 1 buah
Beban panas : 471201,6963 kJ/jam Luas area transfer : 156,6 ft2
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C Pipa dalam
Suhu keluar : 50 oC
IPS : 1,25 in = 0,0318 m
SN : 40
Diameter luar : 1,66 in = 0,0422 m Diameter dalam : 1,38 in =0,0350 m Panjang hairpin : 12 ft = 3,6576 m Jumlah hairpin : 15 buah
Pipa luar
Fluida : Hasil bawah Stripping Column (SC-01) Kapasitas : 2783,5859 lb/jam
Suhu masuk : 101,46 oC Suhu keluar : 35 oC
IPS : 2,5 in =0,0635 m
SN : 40
Diameter luar : 2,88 in = 0,0732 m Diameter dalam : 2,469 in = 0,0627 m
3.13. Reboiler I
Kode : RB-01
Fungsi : Menguapkan hasil bawah reactor menara Reactive Distillation (RD-01)
Jenis : Kettle Reboiler
Jumlah : 1 Buah
Beban Panas : 8267068,957 Btu/jam Bahan konstruksi :
Tube : Stainless steel SA 167 grade 3 Shell : Stainless steel SA 167 grade 3 Spesifikasi Tube :
OD : 1 in =0,0254 m
ID : 0,732 in =0,0186 m
BWG : 10
Susunan : Triangular Pitch, Pt = 1,25 in = 0,0318 m Jumlah Tube : 294
Passes : 2
Panjang Tube : 16 ft = 4,8768 m Spesifikasi Shell
ID : 25 in = 0,635 m
Baffle Spacing : 7,5 in = 0,1905 m
Passes : 1
3.14. Reboiler II
Kode : RB-02
Fungsi : Menguapkan sebagian hasil bawah Stripping Column (SC-01)
Jenis : Kettle Reboiler
Jumlah : 1 Buah
Beban Panas : 1215957,922 Btu/jam Bahan konstruksi :
Tube : Carbon steel SA 283 grade C Shell : Carbon steel SA 283 grade C Spesifikasi Tube :
OD : 0,75 in = 0,0191 m
ID : 0,482 in =0,0122 m
BWG : 10
Susunan : Triangular Pitch, Pt = 1 in = 0,0254 m Jumlah Tube : 92
Passes : 2
Panjang Tube : 10 ft =3,048 m Spesifikasi Shell :
ID : 12 in = 0,3048 m
Baffle Spacing : 3,6 in = 0,0914 m
Passes : 1
3.15. Kondenser I
Kode : CD-01
Fungsi : Mengkondensasikan hasil atas reaktor menara Reactive Distillation (RD-01)
Jenis : Double Pipe Heat Exchanger
Jumlah : 1 buah
Luas area transfer : 179,136 ft2
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C Pipa dalam
Fluida : Air pendingin Kapasitas : 26875,3903 lb/jam Suhu masuk : 30oC
Suhu keluar : 50 oC
IPS : 2 in = 0,0508 m
SN : 40
Diameter luar : 2,38 in =0,0605 m Diameter dalam : 2,067 in = 0,0525 m Panjang hairpin : 12 ft =3,6576 m Jumlah hairpin : 12 buah
Pipa luar
Fluida : Hasil atas reaktor menara Reactive Distillation
(RD-01)
Kapasitas : 16542,7857lb/jam Suhu masuk : 92,85 oC
Suhu keluar : 92,82 oC
IPS : 3 in = 0,0762 m
SN : 40
3.16. Kondenser II
Kode : CD-02
Fungsi : Mengkondensasikan hasil atas Stripping Column (SC-01)
Jenis : Double Pipe Heat Exchanger Jumlah : 1 Buah
Beban panas : 3378331,1270 kJ/jam Luas area transfer : 110,04 ft2
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C Pipa dalam
Fluida : Air
Kapasitas : 89115,4624 lb/jam Suhu masuk : 30 oC
Suhu keluar : 50 oC
IPS : 3 in =0,0762 m
SN : 40
Diameter luar : 3,5 in = 0,0889 m Diameter dalam : 3,068 in = 0,0779 m Panjang hairpin : 20 ft = 6,096 m Jumlah hairpin : 3 buah
Pipa luar
Suhu masuk : 92,85 oC Suhu keluar : 92,38 oC
IPS : 4 in = 0,1016 m
SN : 40
BAB IV
UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM
4.1 Unit Pendukung Proses
Unit pendukung proses atau sering disebut unit utilitas merupakan sarana penunjang yang penting untuk kelancaran suatu proses dalam pabrik. Unit pendukung proses yang terdapat dalam pabrik Etil asetat adalah :
1. Unit pengadaan dan pengolahan air
Berfungsi untuk menyediakan kebutuhan air mulai dari pengolahannya hingga siap digunakan sebagai air sanitasi, air umpan boiler, dan air pendingin.
2. Unit pengadaan steam
Digunakan sebagai media pemanas dalam alat penukar panas. 3. Unit pengadaan tenaga listrik
Berfungsi sebagai tenaga penggerak untuk peralatan proses, maupun untuk pendingin dan penerangan. Listrik utama disuplai dari PLN dan generator sebagai cadangan.
4. Unit pengadaan bahan bakar
Berfungsi menyediakan bahan bakar yang digunakan untuk boiler dan generator.
5. Unit pengadaan udara tekan
4.1.1 Unit Pengadaan dan Pengolahan Air 1. Unit Pengadaan Air
Kebutuhan air dalam pabrik etil asetat ini dipenuhi dari Sungai Brantas yang mengalir di dekat pabrik sebagai raw water. Pertimbangan digunakan air sungai sebagai sumber untuk mendapatkan air adalah :
Air sungai merupakan sumber air yang kontinuitasnya relatif tinggi
sehingga kekurangan air dapat dihindari.
Pengolahan air sungai relatif lebih mudah dan sederhana serta biaya
pengolahan relatif murah.
Air yang diperlukan di lingkungan pabrik etil asetat ini antara lain untuk: a. Air sanitasi
Air sanitasi digunakan untuk keperluan air minum, laboratorium, kantor dan perumahan.
Syarat air sanitasi meliputi: Syarat fisik:
Warna jernih
Tidak mempunyai rasa Tidak berbau
Syarat kimia :
Tidak mengandung zat organik maupun anorganik Tidak beracun.
Syarat bakteriologis:
b. Air pendingin
Pada umumnya digunakan air sebagai media pendingin karena faktor-faktor berikut:
Air merupakan materi yang dapat diperoleh dalam jumlah besar Mudah dalam pengaturan dan pengolahannya
Dapat menyerap sejumlah panas per satuan volume yang tinggi Tidak terdekomposisi
Air pendingin pada pabrik ini digunakan untuk condenser dan cooler. Hal-hal yang perlu diperhatikan pada air pendingin, meliputi:
Kesadahan (hardness), yang dapat menyebabkan kerak. Besi, yang dapat menimbulkan korosi.
Silika, yang dapat menyebabkan kerak
Oksigen terlarut, yang dapat menyebabkan korosi
c. Air umpan boiler
Merupakan air yang digunakan untuk menghasilkan steam dan untuk kelangsungan proses. Meskipun kelihatan jernih, tetapi pada umumnya air masih, mengandung larutan garam dan asam yang dapat merusak metal pada sistem steam.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penanganan air umpan boiler adalah sebagai berikut:
Zat – zat yang dapat menyebabkan korosi.
Zat yang menyebabkan kerak (scale forming).
Pembentukan kerak disebabkan karena adanya kesadahan dan suhu tinggi, yang biasanya berupa garam – garam karbonat dan silika.
Zat yang menyebabkan foaming
Air yang diambil dari proses pemanasan biasanya menyebabkan foaming pada boiler karena adanya zat – zat organik, anorganik dan
zat-zat yang tak larut dalam jumlah besar. Efek pembusaan terjadi akibat adanya alkalinitas yang tinggi.
d. Air hidrant
Air ini digunakan untuk mencegah kebakaran. Pada umumnya air ini tidak memiliki persyaratan yang spesifik.
2. Unit Pengolahan air
Kebutuhan air suatu pabrik dapat diperoleh dari sumber air yang ada disekitar pabrik dengan pengolahan terlebih dahulu agar memenuhi syarat untuk digunakan. Pengolahan tersebut dapat meliputi pengolahan secara fisik dan secara kimia dengan menambahkan desinfectant maupun dengan penggunaan ion exchanger.
Tahapan proses pengolahan air dari air sungai secara umum meliputi : a. Unit Pengolahan Air Tahap Awal
penampung I (BU-01) dan bak penampung II (BU-02) akan mengalami proses pengendapan. Pengendapan merupakan proses mekanis memisahkan padatan-padatan atau lumpur yang terdapat di dalam air dengan menggunakan gaya gravitasi, pada bak pengandapan dilengkapi dengan penyekat yang berfungsi untuk memisahkan padatan atau lumpur yang telah jatuh sehingga tidak terikut oleh aliran air.
Air kemudian masuk ke dalam flokulator (FL). Dalam flokulator air diaduk dengan putaran tinggi sambil diinjeksikan bahan-bahan kimia :
Polielektrolit yang berfungsi sebagai coagulant untuk mempercepat proses
pengendapan dengan membentuk flok lebih cepat dan lebih besar, sehingga menyempurnakan pengendapan lumpur. Pada tahap ini digunakan tawas (Al2(SO4)3) yang berfungsi sebagai koagulan untuk mengikat partikel-partikel kecil yang menyebabkan keruhnya air menjadi flok-flok yang lebih besar
Kapur sebagai pengatur pH
1. Bak penampung IV (BU-04) berfungsi untuk menampung air yang digunakan untuk keperluan make up air pendingin
2. Portable water storage tank (TU-05) berfungsi untuk menampung air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari di pabrik dan pemukiman.
b. Unit Demineralisasi Air
Unit ini berfungsi untuk menghilangkan mineral-mineral yang terkandung di dalam air, seperti Ca2+, Fe2+, Mg2+, Na2+, HCO3-, SO42-, Cl-, dan lain-lain dengan menggunakan resin. Air yang diperoleh adalah air bebas mineral yang akan diproses lebih lanjut menjadi air umpan ketel (Boiler Feed Water /BFW).
Dimineralisasi diperlukan karena Boiler Feed Water harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :
Tidak menimbulkan kerak pada kondisi steam yang dikehendaki
maupun pada tube heat exchanger, jika steam digunakan sebagai pemanas. Hal ini akan menyebabkan turunnya efisiensi operasi, bahkan bisa mengakibatkan tidak beroperasi sama sekali.
Bebas dari segala gas-gas yang mengakibatkan terjadinya korosi
terutama gas oksigen dan gas karbondioksida.
Pengolahan air di unit demineralisasi meliputi beberapa tahap, yaitu : 1. Cation resin exchanger (KE)
Kemungkinan jenis kation yang ditemui adalah Ca2+, Fe2+, Mg2+, Na2+, Al3+.
Cation exchanger merupakan silinder baja tegak yang berisi resin
R-H, yaitu suatu polimer dengan rantai karbon R yang mengikat ion H+. Reaksi yang terjadi :
Mn2+ + nR-H RnM + nH+
(logam) (resin)
Ion Mn+ dalam operasi akan digantikan oleh ion H+ dari resin R-H sehingga air yang dihasilkan bersifat asam dengan pH sekitar 3,2-3,3. Regenerasi dilakukan jika resin sudah berkurang keaktifannya (jenuh), biasanya dilakukan dalam selang waktu tertentu atau berdasarkan jumlah air yang telah melewati unit ini.
Regenerasi ini dilakukan dengan menggunakan asam sulfat dan dilakukan dalam tiga tahap, yaitu back wash atau cuci balik, regenerasi dengan menggunakan bahan kimia asam sulfat, dan pembilasan dengan air demin. Reaksi yang terjadi pada proses regenerasi adalah kebalikan dari reaksi operasi, yaitu :
RnM + H2SO4 nR-H + MSO4 (resin jenuh) 2. Anion resin exchanger (AE)
Seperti pada cation exchanger, anion exchanger juga merupakan silinder baja tegak yang berisi resin. Resin yang terdapat pada anion exchanger dapat dituliskan dengan simbol ROH.
Reaksi yang terjadi pada unit ini adalah sebagai berikut : Xn- + nR-OH RnX + nOH
-Pada saat operasi reaksi akan berjalan ke kanan, sehingga ion negatif Xn -akan digantikan oleh ion OH- dari resin R-OH. Air yang dihasilkan diharapkan mempunyai pH sekitar 8.6-8.9. Regenerasi dilakukan dengan menggunakan NaOH 4 %. Reaksi yang terjadi pada proses regenerasi adalah
RnX + nNaOH nR-OH + nNaX
Air yang keluar dari unit ini diharapkan mempunyai pH sekitar 6.1-6.9 dan selanjutnya dikirim ke unit air umpan ketel sebelum digunakan sebagai air umpan ketel uap (Boiler Feed Water).
c. Unit Air Umpan Ketel ( Boiler Feed Water )
dengan uap tekanan rendah (stripping gas) mengakibatkan sebagian besar gas terlarut dalam air umpan terlepas dan dikeluarkan ke atmosfer.
Air hasil deaerasi diinjeksian zat-zat kimia sebagai berikut :
Hidrazin yang berfungsi mengikat oksigen berdasarkan reaksi berikut :
2 N2H2 + O2 2 N2 + H2O
NaH2PO4 untuk mencegah terbentuknya kerak silika dan kalsium pada
steam drum dan boiler tube. Sebelum diumpankan ke boiler, air terlebih dulu diberi dispersan untuk mencegah terjadinya penggumpalan atau pengendapan fosfat.
d. Unit Air Pendingin
Air pendingin yang digunakan dalam proses sehari-hari berasal dari air pendingin yang telah digunakan dalam pabrik yang kemudian didinginkan pada cooling tower. Kehilangan air karena penguapan, terbawa tetesan oleh udara maupun dilakukan blown down di cooling tower diganti dengan air umpan (make up) yang disediakan oleh Bak penampung IV (BU-04).
Air pendingin harus mempunyai sifat-sifat yang tidak korosif, tidak menimbulkan kerak dan tidak mengandung mikroorganisme yang dapat menimbulkan lumut. Untuk mengatasi hal di atas, maka ke dalam air pendingin diinjeksikan bahan-bahan kimia sebagai berikut :
Phosphate, berguna untuk mencegah timbulnya kerak. Klorine untuk membunuh mikroorganisme.
Zat dispersan untuk mencegah terjadinya penggumpalan (pengendapan
3. Kebutuhan Air
a. Kebutuhan air untuk steam
Kebutuhan air untuk steam dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 4.1 Kebutuhan air untuk steam
No Kode Alat Nama Alat Kebutuhan (kg/jam)
Total kebutuhan air untuk steam = 4736,8839 kg/jam
Diperkirakan air yang hilang sebesar 20 % (Severn hal 40) sehingga kebutuhan make up air untuk steam (air umpan boiler) = 0,2 x 4736,8839 = 947,3768 kg/jam.
b. Kebutuhan air pendingin
Kebutuhan air pendingin dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 4.2 Kebutuhan air pendingin
No Kode Alat Nama Alat Kebutuhan (kg/jam)
Kebutuhan total air pendingin = 60886,8498 kg/jam
c. Kebutuhan air untuk konsumsi umum dan sanitasi
Kebutuhan air untuk kantor dan perumahan dihitung berdasarkan Tabel 2-9 Sularso & Tahara ,H “ Pompa dan Kompresor” hal 21.
Waktu pemakaian air untuk kantor dan perumahan tiap hari rata-rata 8
Air untuk perumahan (air minum dan sanitasi) = 160 – 250
orang hari
liter
Dirancang :
Air untuk kantor (air minum dan sanitasi) = 100
orang hari
liter
Air kantor dirancang mampu untuk memenuhi 165 orang
Air untuk kantor =
Air untuk perumahan ( air minum dan sanitasi) = 250
orang hari
liter
Perumahan disediakan untuk 1 direktur utama, 3 (direktur produksi, direktur umum dan pemasaran, direktur administrasi dan keuangan) dan 7 kepala bagian, sehingga dirancang air mampu mensuplai 11 perumahan dan masing- masing perumahan dihuni 5 orang.
Laboratorium
Menurut Sularso & Tahara H, kebutuhan air untuk laboratorium =100–
200
orang hari
liter
, untuk waktu pemakaian setiap hari rata-rata rata-rata
8 jam.
Kebutuhan air untuk laboratorium dirancang = 150
orang hari
liter
Kebutuhan air laboratorium = 150
orang
Kebutuhan air untuk kantin = 15
orang hari
liter
, untuk waktu pemakaian
setiap hari rata-rata 7 jam.
Poliklinik
Kebutuhan air untuk poliklinik = 250 - 1000
orang hari
liter
, untuk waktu
pemakaian setiap hari rata-rata 10 jam.
Kebutuhan air poliklinik dirancang = 300
orang hari
liter
Kebutuhan air poliklinik = 300
orang Kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi:
= (2109,938 +1758,281 + 95,906 + 249,356 + 43,843 + 613,8) kg/jam = 4621,7679 kg/jam
d. Air Hidran dan Taman
Air Hidran
Air untuk hidran 1000 m3 = 1.000.000 Waktu tinggal air hidran 6 bulan = 4320 jam
Kebutuhan air keseluruhan :
Make up air pendingin = 6088,685 kg/jam Make up umpan boiler = 947,377 kg/jam Air konsumsi umum dan sanitasi = 4621,768 kg/jam Air hidran dan taman = 663,055 kg/jam +
Jumlah = 12320,885 kg/jam
Untuk keperluan keamanan dalam ketersediaan air, diambil kelebihan sebesar 10% sehingga kebutuhan total air = 1,1 x 12320,885 = 13552,974 kg/jam
Gambar 4.1 Sistem Pengolahan Air Pabrik Etil asetat
4.1.2 Unit Pengadaan Steam
Steam yang diproduksi pada pabrik etil asetat ini digunakan
sebagai media pemanas reboiler. Untuk memenuhi kebutuhan steam digunakan boiler. Steam yang dihasilkan dari boiler ini mempunyai suhu 138 oC dan tekanan 3,37 atm.
