PABRIK SODIUM HEXAMETAPHOSPHATE DARI ASAM PHOSPHATE DAN SODIUM CARBONATE DENGAN PROSES GRAHAM’S.

(1)

DENGAN PROSES GRAHAM’S

PRA RENCANA PABRIK

Oleh :

DIAS ASMORO PUTRA

073101 0002

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” JAWA TIMUR

(2)

PABRIK SODIUM HEXAMETAPHOSPHATE

DARI ASAM PHOSPHATE DAN SODIUM CARBONATE

DENGAN PROSES GRAHAM’S

Oleh :

DIAS ASMORO PUTRA

073101 0002

Disetujui untuk diajukan dalam ujian lisan

Dosen Pembimbing,

(3)

dengan segala rahmat serta karuniaNya sehingga penyusun telah dapat

menyelesaikan Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Sodium Hexametaphosphate

Dari Asam Phosphate Dan Sodium Carbonate Dengan Proses Graham’s”, dimana

Tugas Akhir ini merupakan tugas yang diberikan sebagai salah satu syarat untuk

menyelesaikan program pendidikan kesarjanaan di Program Studi Teknik Kimia,

Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pembangunan Nasional Surabaya.

Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Sodium Hexametaphosphate Dari

Asam Phosphate Dan Sodium Carbonate Dengan Proses Graham’s” 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. Sutiyono, MT

Selaku Dekan FTI UPN “Veteran” Jawa Timur

2. Ibu Ir. Retno Dewati, MT

Selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia, FTI,UPN “Veteran” Jawa

Timur.

3. Ibu Ir. Dwi Hery Astuti, MT

(4)

“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 Program Studi Teknik Kimia.

Surabaya , Februari 2012

(5)

berproduksi dengan kapasitas 20.000 ton sodium hexametaphosphate/tahun dalam

bentuk padat. Pabrik beroperasi secara kontinyu berjalan selama 24 jam tiap hari

dan 330 hari kerja dalam setahun.

Sodium phosphate merupakan garam dari unsur alkali (sodium) dan

senyawa asam phosphate. Sodium phosphate secara umum digunakan pada

industri makanan , dimana sodium phosphate berfungsi sebagai bahan tambahan

agar tidak terjadi proses pemisahan minyak dari makanan. Secara singkat, uraian

proses dari pabrik sodium hexametaphosphate sebagai berikut :

Pertama-tama sodium carbonate encer direaksikan dengan asam phosphate

membentuk disodium phosphate dan kemudian direaksikan kembali dengan asam

phosphate sehingga didapat mono sodium phosphate. Mono sodium phosphate

kemudian dievaporasi, dikristalisasi dan dikeringkan, untuk kemudian dikalsinasi

menjadi sodium hexametaphosphate pada rotary kiln sebagai produk ahir.

Pendirian pabrik berlokasi di Manyar, Gresik dengan ketentuan :

Bentuk Perusahaan : Perseroan Terbatas

Sistem Organisasi : Garis dan Staff

Jumlah Karyawan : 222 orang

Sistem Operasi : Kontinyu

(6)

* Fixed Capital Investment (FCI) : Rp. 31.981.815.000

* Working Capital Investment (WCI) : Rp. 8.867.886.000

* Total Capital Investment (TCI) : Rp. 40.849.701.000

* Biaya Bahan Baku (1 tahun) : Rp. 73.615.533.000

* Biaya Utilitas (1 tahun) : Rp. 12.854.242.000

- Steam = 499.296 lb/hari

- Air pendingin = 318 M3/hari

- Listrik = 10.728 kWh/hari

- Bahan Bakar = 4.080 liter/hari

* Biaya Produksi Total (Total Production Cost) : Rp. 100.373.380.000

* Hasil Penjualan Produk (Sale Income) : Rp. 130.496.949.000

* Bunga Bank (Kredit Investasi Bank Mandiri) : 13,5%

* Internal Rate of Return : 29,03%

* Rate On Investment : 27,00%

* Pay Out Periode : 3,3 Tahun

(7)

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

(8)

Gambar IX.2 Peta Lokasi Pabrik ……….……….……… IX - 10

Gambar IX.3 Lay Out Peralatan Pabrik ……….………. IX - 11

Gambar X.1 Struktur Organisasi Perusahaan ……….………… X - 14

(9)

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

(10)

I.1. Latar Belakang

Perkembangan produksi sodium hexametaphosphate dimulai dari tahun

1816, sejak pertama kali ditemukan garam phosphate oleh Berzelius. Pada tahun

1833, Thomas Graham telah menerbitkan hasil penelitiannya tentang sodium

phosphate, yaitu apabila senyawa sodium phosphate dipanaskan, maka molekul

air yang terikat pada kristal akan terpisah dan dihasilakn endapan kristal yang

kemudian disebut garam sodium hexametaphosphate atau dikenal dengan nama

Graham’s Salt.

Sodium phosphate merupakan garam dari unsur alkali (sodium) dan

senyawa asam phosphate. Sodium phosphate terbagi menjadi tiga bagian utama,

yaitu : mono-sodium phosphate (NaH2PO4) , di-sodium phosphate (Na2HPO4),

dan tri-sodium phosphate (Na3PO4). Sodium phosphate secara umum digunakan

pada industri makanan , dimana sodium phosphate berfungsi sebagai bahan

tambahan agar tidak terjadi proses pemisahan minyak dari makanan.

Sodium hexametaphosphate merupakan salah satu turunan dari sodium

phosphate yang terbentuk dengan proses perengkahan sodium phosphate sehingga

terpisahnya ikatan atom hydrogen (H+) dan gugus hydroxyl (OH-). Proses

perengkahan sodium phosphate menjadi sodium hexametaphosphate memerlukan

energi yang tinggi dengan disertai pendinginan mendadak agar tidak terjadi

(11)

Industri sodium hexametaphosphate di Indonesia mempunyai

perkembangan yang stabil, hal ini dapat dilihat dengan kegunaan sodium

hexametaphosphate pada industri makanan, tekstil, kertas, pelunak air, dan lain

sebagainya. Pendirian pabrik sodium hexametaphosphate di Indonesia mempunyai

peluang investasi yang menjanjikan dan mempunyai profitabilitas yang tinggi.

I.2. Manfaat

Manfaat lebih lanjut dengan didirikannya pabrik ini diharapkan dapat

mengurangi impor sodium hexametaphosphate, sehingga Indonesia tidak

mengimpor sodium hexametaphosphate. 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 sodium

hexametaphosphate di Indonesia dipenuhi oleh beberapa negara pengimpor.

Beberapa tahun ini, Indonesia masih membutuhkan sodium hexametaphosphate

dari negara-negara penghasil sodium hexametaphosphate.

I.3. Aspek Ekonomi

Sodium hexametaphosphate sangat penting dalam industri makanan

dimana sodium hexametaphosphate merupakan bahan tambahan yang mampu

mengurangi kehilangan minyak dalam proses pengawetan makanan. Data

(12)

kebutuhan pada tahun 2012 ditujukan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri

dan dapat juga untuk orientasi ekspor, sehingga penentuan prediksi kapasitas

produksi dapat direncanakan.

Tabel I.1. Data impor Sodium hexametaphosphate

Tahun Kebutuhan (ton/th)

Produksi (ton/th)

Selisih (ton/th)

2004 39.200 16250 22.950

2005 39.200 20600 18.600

2006 39.200 21000 18.200

2007 39.200 21420 17.780

2008 30.900 23000 7.900

Sumber : Deperindag Surabaya

Rata-rata selisih tiap tahun =

5

7.900 17.780

18.200 18.600

22.950   

= 17.086 ton/th

Kapasitas pabrik ini diambil kapasitas produksi terpasang : 20.000 ton/th

1 tahun 330 hari kerja dan 1 hari 24 jam proses.

Dengan demikian, maka penting sekali adanya perencanaan pendirian pabrik

(13)

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

I.4.A. Sodium Carbonate (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7ed)

Nama Lain : soda ash

Rumus Molekul : Na2CO3 (komponen utama)

Rumus Bangun :

Berat Molekul : 106

Warna : putih

Bau : tidak berbau

Bentuk : serbuk 100 mesh

Specific gravity : 2,533

Melting point : 851C (1 atm)

Boiling point : terdekomposisi diatas 851C

Solubility, cold water : 7,1 kg / 100 kg H2O (H2O=0C)

Solubility, hot water : 48,5 kg / 100 kg H2O (H2O=104C)

Komposisi soda ash : (SREE Int. Indonesia)

Komponen % Berat

Na2CO3 99,70%

Impuritis 0,20%

H2O 0,10%

(14)

I.4.A. Asam phosphate (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7ed)

Nama Lain : Phosphoric acid

Rumus Molekul : H3PO4 (komponen utama)

Rumus Bangun :

Berat Molekul : 98

Warna : tidak berwarna

Bau : berbau phosphor

Bentuk : liquida pekat

Specific gravity : 98

Melting point : 42,35C (1 atm)

Boiling point : terdekomposisi diatas 213C

Solubility, cold water : sangat larut

Solubility, hot water : sangat larut

Komposisi asam phosphate : (PT. Petrokimia Gresik)

Komponen % Berat

H3PO4 85,00%

H2O 15,00%

(15)

Produk :

I.4.D. Sodium hexametaphosphate (Chemicalland21, Wikipedia, Perry 7ed)

Nama Lain : Graham’s Salt, SHMP

Rumus Molekul : (NaPO3)6 (komponen utama)

Rumus Bangun :

Berat Molekul : 612

Warna : putih

Bau : tidak berbau

Bentuk : serbuk 100 mesh

Specific gravity : 2,45

Melting point : 988C

Boiling point : -

Solubility, cold water : 2,26 kg/100 kg H2O (H2O=0C)

Solubility, hot water : 45,0 kg/100 kg H2O (H2O=96C)

Kadar produk : (Chemicalland21)

Kadar phosphate = minimum 68%

(16)

II.1. Macam Proses

Secara umum pembuatan sodium hexametaphosphate dapat dilakukan

dengan cara pemanasan senyawa sodium phosphate. Sodium phosphate dapat

dibuat dengan 2 proses , yaitu proses alkali (karbonilasi trisodium phosphate) dan

proses Graham’s (kalsinasi disodium phosphate). Tri sodium phosphate dan

disodium phosphate dapat dibuat dari senyawa sodium carbonate dan asam

phosphate.

II.1.1. Proses Alkali

Pada proses ini bahan baku untuk pembuatan sodium hexametaphosphate

adalah tri-sodium phosphate, dimana tri-sodium phosphate dibuat dengan cara :

sodium carbonate berlebih direaksikan dengan asam phosphate (60% - 65%)

membentuk disodium phosphate dengan suhu antara 85C - 100C.

Reaksi yang terjadi : (Keyes : 746)

Na2CO3(S) + H3PO4(L)  Na2HPO4(L) + CO2(G) + H2O(L)

Mixing Tank Asam

Phosphate

Soda Ash

Filter Mixing

Tank Filter Crystallizer

Sodium hexametaphosphate

NaOH

Waste

Mixing Tank CO₂ H₂O

Dryer Calciner

Waste

Filter Dryer

(17)

Campuran produk reaksi kemudian difiltrasi untuk memisahkan padatan,

sedangkan larutan terpisah kemudian direaksikan dengan NaOH 50% membentuk

trisodium phosphate dengan suhu operasi 90C.

Na2HPO4(L) + NaOH(L)  Na3PO4(L) + H2O(L)

Campuran produk reaksi berupa larutan trisodium phosphate kemudian

difiltrasi untuk memisahkan padatan, dan larutan terpisah kemudian dikristalisasi

pada crystallizer membentuk Na3PO4.12H2O. Kristal kemudian difiltrasi untuk

memisahkan mother liquor, dimana mother liquor dikembalikan menuju ke

mixing tank untuk direaksikan kembali dengan NaOH.

Kristal basah kemudian dikeringkan pada dryer dengan suhu diatas 100C

untuk melepaskan 12 molekul H2O sehingga terbentuk kristal Na3PO4. kristal

Na3PO4 kemudian dilarutkan dalam air, dan dikarbonilasi dengan penambahan gas

CO2 sehingga membentuk mono sodium phosphate.

Reaksi yang terjadi : (US.Patent no.4,777,026 : 2)

Na3PO4(S) + H2O(L) + CO2(G)  NaH2PO4(S) + 2 NaHCO3(L)

Campuran larutan kemudian difiltrasi untuk memisahkan liquid, sedangkan

padatan mono sodium phosphate kemudian dikeringkan pada dryer dengan suhu

350C - 400C. Produk mono sodium phosphate kemudian dikalsinasi pada

calciner membentuk sodium hexametaphosphate dengan suhu operasi 760C.

6 NaH2PO4(S)  (NaPO3)6(S) + 6 H2O(G)

(18)

II.1.2. Proses Graham’s

Pada proses ini bahan baku untuk pembuatan sodium hexametaphosphate

adalah di-sodium phosphate, dimana di-sodium phosphate dibuat dengan cara :

sodium carbonate berlebih direaksikan dengan asam phosphate (60% - 65%)

membentuk disodium phosphate dengan suhu antara 85C - 100C.

Campuran produk reaksi kemudian difiltrasi untuk memisahkan padatan ,

sedangkan larutan terpisah ditambahkan asam phosphate sehingga menghasilkan

mono sodium phosphate dengan suhu operasi 90C.

Na2HPO4(S) + H3PO4(L)  2 NaH2PO4(S)

Larutan kemudian dipekatkan sampai 60% pada evaporator dan kemudian

dikristalisasi pada pada crystallizer membentuk NaH2PO4.H2O. Kristal kemudian

difiltrasi untuk memisahkan mother liquor, dimana mother liquor dikembalikan

untuk dikristalisasi kembali. Kristal basah kemudian dikeringkan pada dryer

Mixing Tank Asam

Phosphate

Soda Ash

Filter Evaporator Crystallizer

Calciner Waste

Dryer Mixing

Tank

Filter Sodium

(19)

dengan suhu diatas 100C untuk melepaskan molekul H2O sehingga terbentuk

kristal NaH2PO4.

Produk mono sodium phosphate kemudian dikalsinasi pada calciner membentuk

sodium hexametaphosphate dengan suhu operasi 760C.

6 NaH2PO4(S)  (NaPO3)6(S) + 6 H2O(G)

Yields yang didapat dengan proses ini 90% - 95%.

II.2. Seleksi Proses

Macam Proses Parameter

Alkali Graham’s Bahan Baku Na2CO3 ,

H3PO4

Na2CO3 ,

H3PO4

Bahan pembantu NaOH -

Crystallizer vacuum atmospheric

Instalasi Peralatan Kompleks Sederhana

Yields produk 95% 95%

Dari uraian cara pembuatan sodium hexametaphosphate yang telah

dijelaskan di atas, maka proses yang paling efisien adalah pembuatan sodium

hexametaphosphate dengan proses Graham’s. Keuntungan dari proses ini adalah :

1. Bahan baku tersedia di Indonesia dengan cadangan melimpah.

2. Alat utama lebih sederhana dibandingkan proses lainnya.

3. Alat crystallizer lebih ekonomis dengan tekanan 1 atm.

4. Yields dan kemurnian produk yang diperoleh lebih tinggi.

(20)

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 sodium hexametaphosphate dengan proses

Graham’s adalah sebagai berikut :

Pertama-tama sodium carbonate 99,7% dari supplier SREE International

Indonesia ditampung pada silo F-110. Sodium carbonate kemudian diumpankan

ke mixer M-112 untuk proses pelarutan dengan penambahan air proses dari

utilitas sampai dengan kadar Na2CO3 42% (Keyes : 747). Larutan sodium

carbonate kemudian diumpankan ke reaktor-1 R-210 untuk direaksikan dengan

asam phosphate 85% dari tangki F-120. Pada reaktor terjadi reaksi antara sodium

carbonate dengan asam phosphate membentuk disodium phosphate dengan suhu

85C. (Keyes : 747)

Produk gas berupa limbah gas kemudian dibuang ke pengolahan limbah

gas, sedangkan produk bawah berupa campuran disodium phosphate diumpankan

ke filter press H-220 untuk proses pemisahan solid dan liquid. Solid berupa

(21)

larutan disodium phosphate diumpankan ke reaktor-2 R-230 untuk direaksikan

dengan asam phosphate dari tangki F-120.

Pada reaktor-2 R-230 terjadi reaksi antara disodium phosphat dengan asam

phosphate menjadi mono sodium phosphate dengan suhu operasi 90C. (Keyes :

747) Reaksi yang terjadi : (Keyes : 748)

Na2HPO4(S) + H3PO4(L)  2 NaH2PO4(S)

Larutan kemudian dipekatkan sampai 60% pada evaporator V-240 dengan

tekanan vacuum dan kemudian dikristalisasi pada pada crystallizer S-250

membentuk kristal NaH2PO4. Kristal kemudian difiltrasi pada centrifuge H-260

untuk memisahkan mother liquor, dimana mother liquor dibuang ke pengolahan

limbah cair. Kristal basah kemudian dikeringkan pada rotary dryer B-270 dengan

suhu 105C.

Produk mono sodium phosphate kemudian dikalsinasi pada rotary kiln

B-280 membentuk sodium hexametaphosphate dengan suhu operasi 760C.

6 NaH2PO4(S)  (NaPO3)6(S) + 6 H2O(G)

Yields yang didapat dengan proses ini 90% - 95%.

Produk sodium hexametaphosphate kemudian didinginkan pada rotary cooler

E-290 sampai dengan suhu kamar (32C) dengan bantuan udara bebas. Produk

sodium hexametaphosphate kemudian diumpankan ke ball mill C-294 dengan

bucket elevator J-293 untuk dihaluskan sampai 100 mesh. Produk kemudian

disaring pada screen H-295, dimana produk oversize direcycle ke ball mill

(22)

Kapasitas produksi = 20.000 ton/tahun

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

Satuan massa = kilogram / jam

1. TANGKI PENGENCER ( M - 112 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Na2CO3 dr F-110 * Lar. Na2CO3 ke R-210

Na2CO3 1550,3350 Na2CO3 1550,3350

Impuritis 3,1100 Impuritis 3,1100

H2O 1,5550 H2O 2137,8288

1555,0000 3691,2738

* Air proses dr utilitas

H2O 2136,2738

3691,2738 3691,2738

2. REAKTOR - 1 ( R - 210 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Lar. Na2CO3 dr M-112 * Produk bawah ke H-220

Na2CO3 1550,3350 Na2HPO4 1973,0207

Impuritis 3,1100 Na2CO3 77,5167

H2O 2137,8288 Impuritis 3,1100

3691,2738 H2O 2628,2234

* H3PO4 dr F-120 4681,8708

H3PO4 1361,6622 * Limbah gas

H2O 240,2933 CO2 611,3585

1601,9555

(23)

3. FILTER PRESS ( H - 220 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Produk bawah dr R-210 * Filtrat ke R-230

Na2HPO4 1973,0207 Na2HPO4 1933,5603

Na2CO3 77,5167 H2O 2575,6589

Impuritis 3,1100 4509,2192

H2O 2628,2234 * Limbah padat

4681,8708 Na2HPO4 39,4604

Na2CO3 77,5167

Impuritis 3,1100

H2O 52,5645

172,6516

4681,8708 4681,8708

4. REAKTOR - 2 ( R - 230 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Filtrat dr H-220 * Campuran ke V-240

Na2HPO4 1933,5603 NaH2PO4 2973,8702

H2O 2575,6589 Na2HPO4 174,0204

4509,2192 H2O 2789,9525

* H3PO4 dr F-120 5937,8431

H3PO4 1214,3303

H2O 214,2936

1428,6239

(24)

5. EVAPORATOR ( V - 240 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Lar.NaH2PO4 dr R-230 * Lar.NaH2PO4 ke S-250

NaH2PO4 2973,8702 NaH2PO4 2973,8702

Na2HPO4 174,0204 Na2HPO4 174,0204

H2O 2789,9525 H2O 1808,5597

5937,8431 4956,4503

* Uap air

H2O 981,3928

5937,8431 5937,8431

6. CRYSTALLIZER ( S - 250 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Lar.NaH2PO4 dr V-240 * Campuran ke H-260

NaH2PO4 2973,8702 NaH2PO4(C) 2960,7891

Na2HPO4 174,0204 NaH2PO4(L) 13,0811

H2O 1808,5597 Na2HPO4 174,0204

4956,4503 H2O 1808,5597

4956,4503

(25)

7. CENTRIFUGE ( H - 260 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Campuran dr S-250 * Kristal basah ke B-270

NaH2PO4(C) 2960,7891 NaH2PO4 2961,4432

NaH2PO4(L) 13,0811 Na2HPO4 8,7010

Na2PO4 174,0204 H2O 90,4280

H2O 1808,5597 3060,5722

4956,4503 * Limbah cair

NaH2PO4 12,4270

Na2HPO4 165,3194

H2O 1718,1317

1895,8781

4956,4503 4956,4503

8. ROTARY DRYER ( B - 270 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Kristal basah dr H-260 * Kristal kering ke B-280

NaH2PO4 2961,4432 NaH2PO4 2931,8288

Na2HPO4 8,7010 Na2HPO4 8,6140

H2O 90,4280 2940,4428

3060,5722 * Campuran ke H-271

NaH2PO4 29,6144

Na2HPO4 0,0870

H2O 90,4280

120,1294

(26)

9. CYCLONE ( H - 271 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Campuran dr B-240 * Kristal kering ke B-280

NaH2PO4 29,6144 NaH2PO4 29,3183

Na2HPO4 0,0870 Na2HPO4 0,0861

H2O 90,4280 29,4044

120,1294 * Limbah gas

NaH2PO4 0,2961

Na2HPO4 0,0009

H2O 90,4280

90,7250

120,1294 120,1294

10. ROTARY KILN ( B - 280 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Kristal dr B-270 * (NaPO3)6 ke E-290

NaH2PO4 2931,8288 (NaPO3)6 2464,1688

Na2HPO4 8,6140 NaH2PO4 59,1638

2940,4428 2523,3326

* Kristal dr H-271 * Campuran ke H-281

NaH2PO4 29,3183 (NaPO3)6 2,4666

Na2HPO4 0,0861 NaH2PO4 0,0592

29,4044 Na2HPO4 8,7001

H2O 435,2887

446,5146

(27)

11. CYCLONE ( H - 281 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Campuran dr B-280 * (NaPO3)6 ke E-290

(NaPO3)6 2,4666 (NaPO3)6 2,4419

NaH2PO4 0,0592 NaH2PO4 0,0586

Na2HPO4 8,7001 2,5005

H2O 435,2887 * Limbah gas

446,5146 (NaPO3)6 0,0247

NaH2PO4 0,0006

Na2HPO4 8,7001

H2O 435,2887

444,0141

446,5146 446,5146

12. ROTARY COOLER ( E - 290 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * (NaPO3)6 dr B-280 * (NaPO3)6 ke C-294

(NaPO3)6 2464,1688 (NaPO3)6 2441,9446

NaH2PO4 59,1638 NaH2PO4 58,6302

2523,3326 2500,5748

* (NaPO3)6 dr H-281 * Campuran ke H-291

(NaPO3)6 2,4419 (NaPO3)6 24,6661

NaH2PO4 0,0586 NaH2PO4 0,5922

2,5005 25,2583

(28)

13. CYCLONE ( H - 291 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * Campuran dr E-290 * (NaPO3)6 ke C-291

(NaPO3)6 24,6661 (NaPO3)6 24,4194

NaH2PO4 0,5922 NaH2PO4 0,5863

25,2583 25,0057

* Limbah gas

(NaPO3)6 0,2467

NaH2PO4 0,0059

0,2526

25,2583 25,2583

14. BALL MILL ( C - 294 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * (NaPO3)6 dr E-290 * (NaPO3)6 ke H-295

(NaPO3)6 2441,9446 (NaPO3)6 2589,6822

NaH2PO4 58,6302 NaH2PO4 62,1773

2500,5748 2651,8595

* (NaPO3)6 dr H-291

(NaPO3)6 24,4194

NaH2PO4 0,5863

25,0057

* (NaPO3)6 dr H-295

(NaPO3)6 123,3182

NaH2PO4 2,9608

126,2790

(29)

15. SCREEN ( H - 295 )

Komponen Masuk (kg/j) Komponen Keluar (kg/j) * (NaPO3)6 dr C-294 * (NaPO3)6 ke F-310

(NaPO3)6 2589,6822 (NaPO3)6 2466,3640

NaH2PO4 62,1773 NaH2PO4 59,2165

2651,8595 2525,5805

* (NaPO3)6 ke C-294

(NaPO3)6 123,3182

NaH2PO4 2,9608

126,2790

(30)

Kapasitas produksi = 20.000 ton/tahun

Satuan panas = kilokalori / jam

1. REAKTOR - 1 ( R - 210 )

Komponen Masuk (kkal/j) Komponen Keluar (kkal/j) * Lar. Na2CO3 dr M-112 * Produk bawah ke H-220

Na2CO3 2113,4426 Na2HPO4 111212,3784

Impuritis 3,2059 Na2CO3 1268,0742

H2O 4776,8611 Impuritis 38,8408

6893,5096 H2O 70903,6700

* H3PO4 dr F-120 183422,9634

H3PO4 4029,4340 * Limbah gas

H2O 536,9250 CO2 9369,8236

4566,3590

HReaksi 666557,0665 * Q serap 485224,1481

(31)

2. REAKTOR - 2 ( R - 230 )

Komponen Masuk (kkal/j) Komponen Keluar (kkal/j) * Filtrat dr H-220 * Campuran ke V-240

Na2HPO4 108988,0668 NaH2PO4 139499,5667

H2O 69485,5724 Na2HPO4 10626,3105

178473,6392 H2O 81587,5315

* H3PO4 dr F-120 231713,4087

H3PO4 634,1430

H2O 3192,1810

3826,3240

HReaksi 196620,0223 * Q serap 147206,5768

378919,9855 378919,9855

3. EVAPORATOR ( V - 240 )

Komponen Masuk (kkal/j) Komponen Keluar (kkal/j) * Lar.NaH2PO4 dr R-230 * Lar.NaH2PO4 ke S-250

NaH2PO4 139499,5667 NaH2PO4 160961,0385

Na2HPO4 10626,3105 Na2HPO4 12261,1275

H2O 81587,5315 H2O 61096,1981

231713,4087 234318,3641

* Uap air

H2O 564228,0604

* Q steam 596666,3324 * Q loss 29833,3166

(32)

4. CRYSTALLIZER ( S - 250 )

Komponen Masuk (kkal/j) Komponen Keluar (kkal/j) * Lar.NaH2PO4 dr V-240 * Campuran ke H-260

NaH2PO4 160961,0385 NaH2PO4 15023,0303

Na2HPO4 12261,1275 Na2HPO4 1144,3719

H2O 61096,1981 H2O 5658,7858

234318,3641 21826,1880

* Q Crystallization 22205,9700 * Q serap 234698,1461

256524,3341 256524,3341

5. ROTARY DRYER ( B - 270 )

Komponen Masuk (kkal/j) Komponen Keluar (kkal/j) * Kristal basah dr H-260 * Kristal kering ke B-280

NaH2PO4 14960,2280 NaH2PO4 180901,8576

Na2HPO4 57,2420 Na2HPO4 152280,9225

H2O 282,9405 333182,7801

15300,4105 * Campuran ke H-271

* Udara panas NaH2PO4 5,9235

Udara 3691509,4771 Na2HPO4 692,3260

H2O 52436,2642

Udara 3320492,5938

3373627,1075

(33)

6. HEATER ( E - 273 )

Komponen Masuk (kkal/j) Komponen Keluar (kkal/j) * Udara bebas dr G-272 * Udara panas ke B-270

Udara 193265,0834 Udara 3691509,4771

* Q steam 3682362,5197 * Q loss 184118,1260

3875627,6031 3875627,6031

7. ROTARY KILN ( B - 280 )

Komponen Masuk (kkal/j) Komponen Keluar (kkal/j) * Kristal dr B-270 * (NaPO3)6 ke E-290

NaH2PO4 169264,8960 (NaPO3)6 179640,2843

Na2HPO4 647,7904 NaH2PO4 40857,0183

169912,6864 220497,3026

* Kristal dr H-271 * Campuran ke H-281

NaH2PO4 1809,6110 (NaPO3)6 178,4398

Na2HPO4 7,9840 NaH2PO4 31,0461

1817,5950 Na2HPO4 5863,2102

* Udara panas H2O 390233,0071

Udara 89882988,4820 Udara 82883083,5469

83279389,2501

 HReaksi 6554832,2107

(34)

8. ROTARY COOLER ( E - 290 )

Komponen Masuk (kkal/j) Komponen Keluar (kkal/j) * (NaPO3)6 dr B-280 * (NaPO3)6 ke F-310

(NaPO3)6 179640,2843 (NaPO3)6 3633,0771

NaH2PO4 31386,3081 NaH2PO4 634,6914

211026,5924 4267,7685

* (NaPO3)6 dr H-281 * Campuran ke H-291

(NaPO3)6 174,0876 (NaPO3)6 1667,0600

NaH2PO4 31,0461 NaH2PO4 294,3534

205,1337 Udara 206462,7970

* Udara bebas 208424,2104

Udara 1460,2528

(35)

Satuan panas = kilokalori / jam

1. SILO SODIUM CARBONATE ( F - 110 )

Fungsi : Menampung sodium carbonate dari supplier

Type : silinder tegak dengan tutup atas datar dan bawah conis

Dasar pemilihan : umum digunakan untuk menampung padatan

Kondisi Operasi : - Tekanan = 1 atm (tekanan atmosfer)

- Suhu = 30C (suhu kamar)

- Waktu penyimpanan = 7 hari

Spesifikasi :

Volume : 2310 cuft = 66 m3

Diameter : 10 ft

Tinggi : 30 ft

Tebal shell : ¼ in

Tebal tutup atas : ¼ in

Tebal tutup bawah : ¼ in

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

Jumlah : 2 buah

inlet

(36)

2. BELT CONVEYOR - 1 ( J - 111 )

Fungsi : memindahkan bahan dari supplier ke F-110

Type : Troughed belt conveyor with rolls of equal length

Dasar pemilihan : dipilih conveyor jenis belt sesuai dengan bahan

Spesifikasi :

Fungsi : memindahkan bahan dari supplier ke F-110

Kapasitas maksimum : 32 ton/jam

Belt - width : 14 in - trough width : 9 in - skirt seal : 2 in

Belt speed : (1,6 / 32) x 100 ft/mnt = 5 ft/min

Panjang : 51 ft

Sudut elevasi : 11,3 o

Power : 4 Hp

Jumlah : 1 buah

3. TANGKI PENGENCER ( M - 112 )

Fungsi : Mengencerkan sodium carbonate dengan penambahan air proses.

Type : Silinder tegak , tutup atas dished, tutup bawah conis dilengkapi pengaduk.

Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer) * Suhu operasi = 30oC (suhu kamar)

* Waktu tinggal = 60 menit (US.Patent : 5,302,363)

Masuk

Keluar

(37)

Spesifikasi : Dimensi Shell :

Diameter Shell , inside : 4 ft Tinggi Shell : 8 ft

Tebal Shell : 3/16 in

Sistem Pengaduk Turbin 6-flat blade Diameter impeler : 1,334 ft Panjang blade : 0,334 ft Lebar blade : 0,267 ft Power motor : 7 hp Dimensi tutup :

Tebal tutup atas (dished) : ¼ in Tinggi Tutup atas : 0,55 ft Tebal tutup bawah (conis) : 3/16 in Tinggi Tutup bawah : 0,40 ft

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C (Brownell : 253) Jumlah tangki : 1 buah

4. POMPA - 1 ( L - 113 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari M-112 ke R-210

Type : Centrifugal Pump

Dasar Pemilihan : sesuai untuk viskositas < 10 cP dan tekanan yang rendah.

Spesifikasi :

Bahan konstruksi : Commercial Steel

Rate Volumetrik : 12,20 gpm

Total DynamicHead : 29,77 ft.lbf/lbm

Effisiensi motor : 80%

Power : 1,5 hp = 1,2 kW

(38)

5. TANGKI ASAM PHOSPHATE ( F - 120 )

Fungsi : menampung larutan asam phosphate 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)

Spesifikasi :

Volume : 6930 cuft = 197 M3

Diameter : 21 ft

Tinggi : 21 ft

Tebal shell : 3/8 in

Tebal tutup atas : 3/8 in

Tebal tutup bawah : ¼ in

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

Jumlah : 2 buah

6. POMPA - 2 ( L - 121 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari F-120 ke R-210 dan R-230

Masuk

(39)

Spesifikasi :

Power : 1,5 hp = 1,2 kW

Jumlah : 1 buah

7. REAKTOR - 1 ( R - 210 )

Perhitungan dan penjelasan pada Bab VI Perencanaan Alat Utama

8. POMPA - 3 ( L - 211 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari R-210 ke H-220

Spesifikasi :

Power : 1,5 hp = 1,2 kW

(40)

9. FILTER PRESS ( H - 220 )

Fungsi : memisahkan filtrat dan cake

Type : Plate and frame filter press with double frame

Spesifikasi :

Kapasitas : 136 cuft Ukuran : 30 in x 30 in Tebal frame : 2 ½ in Jumlah frame : 8 buah Panjang Filter press : 3 ft

Tekanan : 40 psi (Foust, hal. 671) Bahan konstruksi : Rubber – covered cast iron Jumlah alat : 2 buah (1 standby running)

10. POMPA - 4 ( L - 221 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari H-220 ke R-230

(41)

Spesifikasi :

Power : 1,5 hp = 1,2 kW

Jumlah : 1 buah

11. REAKTOR - 2 ( R - 230 )

Fungsi : Mereaksikan disodium phosphate dengan asam phosphate

membentuk mono sodium phosphate.

Type : Silinder tegak , tutup atas dished, tutup bawah conis

dilengkapi pengaduk, jaket pendingin.

Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer)

* Suhu operasi = 90oC (Keyes : 747)

Spesifikasi : Dimensi Shell :

Diameter Shell , inside : 5 ft

Tinggi Shell : 10 ft

Dimensi tutup :

Tebal tutup atas (dished) : 3/16 in

Tinggi Tutup atas : 0,68 ft

Tebal tutup bawah (conis) : 3/16 in

Tinggi Tutup bawah : 0,50 ft

(42)

Sistem Pengaduk

Dipakai impeler jenis turbin dengan 6 buah flat blade dengan 2 buah impeller.

Diameter impeler : 1,667 ft

Panjang blade : 0,417 ft

Lebar blade : 0,334 ft

Power motor : 12 hp

Sistem Pendingin

Diameter jaket : 5,05 ft

Tinggi jaket : 8 ft

Jaket spacing : 3/16 in

Tebal Jaket : 3/16 in

Jumlah reaktor : 2 buah (1 buah stand-by running)

12. POMPA - 5 ( L - 231 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari R-230 ke V-240

Spesifikasi :

Power : 1,5 hp = 1,2 kW

(43)

13. EVAPORATOR ( V - 240 )

Fungsi : Memekatkan larutan mono sodium phosphate.

Type : Standard Vertical Tube Evaporator ( calandria )

Dasar Pemilihan : sesuai untuk proses pemekatan larutan.

Spesifikasi :

Bagian Shell :

Diameter evaporator = 11,8 ft Tinggi shell = 23,6 ft Tebal shell = ¼ in

Tebal tutup = ¼ in

Tube Calandria :

Ukuran = 4 in sch. 40 standard IPS OD = 4,500 in

ID = 4,026 in Jumlah Tube = 1233 buah

Bahan konstruksi = Carbon steel SA – 203 Grade C ( 2 ½ Ni ) Jumlah evaporator = 1 buah

14. BAROMETRIC CONDENSER ( E - 241 )

Fungsi : mengkondensasi uap dan menjaga tekanan evaporator

Type : Multi jet spray

(44)

Spesifikasi :

Bahan konstruksi : Carbon steel

Volumetrik uap : 361 cuft/mnt

Diameter pipa : 12 in ( asumsi aliran turbulent )

Panjang total pipa : 33,5 ft

Tekanan : 1,9076 psia

Air pendingin : 341 kg/jam

Jumlah alat : 1 buah

15. STEAM JET EJECTOR ( G - 242 )

Fungsi : memvacuumkan evaporator

Type : Single stage steam-jet ejector

Dasar Pemilihan : sesuai untuk penjagaan tekanan vacuum

Spesifikasi :

Bahan konstruksi : Carbon steel

Inlet (suction) : 1,11 in

Outlet (discharge) : 0,83 in

Panjang : 9,99 in

Kapasitas design : 8,82 lb/jam

Kebutuhan Steam : 1107 lb/jam (503 kg/jam)

(45)

16. HOT WELL ( F - 243 )

Fungsi : Menampung condensate selama 1 jam

Dasar Pemilihan : sesuai dengan bahan

Kondisi Operasi : - Tekanan = 1 atm (atmospheric pressure)

- Suhu = 45C (suhu barometric condenser)

- Waktu penyimpanan = 1 jam

Hotwell berbentuk persegi panjang terbuat dari beton.

Spesifikasi :

Kapasitas : 2 m3

Bentuk : empat persegi panjang

Ukuran : Panjang = 1,6 m

Lebar = 1,6 m

Tinggi = 0,8 m

Bahan konstuksi : Beton

Jumlah : 1 buah

17. POMPA - 6 ( L - 244 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari V-240 ke S-250

Spesifikasi :

(46)

Power : 1,5 hp = 1,2 kW

Jumlah : 1 buah

18. CRYSTALLIZER ( S - 250 )

Fungsi : Kristalisasi mono sodium phosphate dengan bantuan pendinginan.

Type : Swenson-Walker Crystallizer

Dasar pemilihan : Umum digunakan untuk kristalisasi dengan pendinginan

Spesifikasi :

Kapasitas : 172 cuft

Diameter : 5,5 ft

Panjang : 18,4 ft

Luas Cooling Area : 143,9 ft2/ft3

Power : 2 hp

(47)

19. CENTRIFUGE ( H - 260 ) Fungsi : Memisahkan cake dan filtrat

Type : Disk-Bowls Centrifuge (automatic continuous discharge cake)

Dasar Pemilihan : Sesuai dengan jenis bahan , efisiensi tinggi.

Spesifikasi :

Bahan : Carbon Steel

Kapasitas maksimum : 50 gpm

Diameter Bowl : 13 in

Speed : 7500 rpm

Maximum Centrifugal Force : 10400 lbf/ft2

Power Motor : 6 Hp

Jumlah : 1 buah (automatic continuous discharge cake)

20. SCREW CONVEYOR ( J - 261 )

Fungsi : memindahkan bahan dari H-260 ke B-270

Type : Plain spouts or chutes

Dasar pemilihan : Umum digunakan untuk padatan dengan sistem tertutup

INLET

OUTLET Tampak

Depan

(48)

Spesifikasi :

Kapasitas : 55 cuft/jam

Panjang : 30 ft

Diameter : 9 in

Kecepatan putaran : 12 rpm

Power : 1 hp

Jumlah : 1 buah

21. ROTARY DRYER ( B - 270 )

Fungsi : mengeringkan bahan dengan bantuan udara panas

Dasar pemilihan : sesuai untuk pengeringan padatan

- Suhu = 105C (berdasarkan titik didih air)

- Waktu proses= Waktu melewati (time of passes)

Gambar alat :

Spesifikasi :

Kapasitas : 3060,5722 kg/jam

Isolasi : Batu isolasi

Diameter : 1,1 m

Panjang : 5 m

Tebal isolasi : 4 in

Tinggi bahan : 0,542 ft

Sudut rotary : 1

(49)

Jumlah flight : 9 buah

Power : 13 hp

Jumlah : 1 buah

22. CYCLONE - 1 ( H - 271 )

Fungsi : untuk memisahkan padatan yang terikut udara

Type : Van Tongeren Cyclone

Dasar pemilihan : efektif dan sesuai dengan jenis bahan

Spesifikasi :

Kapasitas : 3364,542 cuft/dt

Diameter partikel : 0,000026ft

Tebal Tutup atas : 3/16 in

Tebal Tutup bawah : 3/16 in

Jumlah : 1 buah

23. BLOWER - 1 ( G - 272 )

Fungsi : memindahkan udara dari udara bebas ke B-270

Type : Centrifugal Blower

Dasar Pemilihan : Sesuai dengan jenis bahan , efisiensi tinggi. Bc

Hc Gas

in

De Sc

Lc Dc

Zc

Jc Dust Out

Gas Out

Bc = 1/4 Dc De = 1/2 Dc Hc = 1/2 Dc Lc = 2 Dc Sc = 1/8 Dc Zc = 2 Dc Jc = 1/4 Dc

Perry 6ed ; Figure. 20-106

Tampak Atas

(50)

Spesifikasi :

Bahan : Commercial Steel

Rate Volumetrik : 3937 cuft/menit

Adiabatic Head : 15000 ft.lbf/lbm gas

Power : 77 hp

Jumlah : 2 buah - multistage

24. HEATER ( E - 273 )

Fungsi : Memanaskan udara dari 30C menjadi 120C

Type : 1 – 2 Shell and Tube Heat Exchanger (Fixed Tube)

Dasar Pemilihan : Umum digunakan dan mempunyai range perpindahan

panas yang besar.

- Suhu = 120C (suhu dryer=100C)

- Waktu proses = continuous

Spesifikasi :

Tube : OD = ¾ in ; 16 BWG

Panjang = 16 ft

Pitch = 1 in square

Jumlah Tube , Nt = 640

Passes = 2

Masuk

Keluar

Masuk

(51)

Shell : ID = 31,0 in

Passes = 1

Bahan konstruksi shell = Carbon steel

Heat Exchanger Area , A = 2010,1 ft2 = 187 m2

Jumlah exchanger = 1 buah

25. ROTARY KILN ( B - 280 )

Fungsi : Kalsinasi mono sodium phosphate menjadi sodium hexametaphosphate.

* Suhu operasi = 760oC (US.Patent : 2,898,189)

Gambar alat :

Spesifikasi :

Diameter : 1,7 m

Panjang : 19 m

Sudut rotary : 1

Time of passes : 20 menit

Jumlah flight : 50 buah

Power : 20 hp

(52)

26. CYCLONE - 2 ( H - 281 )

Spesifikasi :

Jumlah : 1 buah

27. BLOWER - 2 ( G - 282 )

Fungsi : memindahkan udara dari udara bebas ke B-280

Hc Gas

in

De Sc

Lc Dc

Zc

Jc Dust Out

Gas Out

Tampak Atas

Tampak Samping

Masuk

Keluar

Masuk

(53)

Spesifikasi :

Power : 220 hp

Jumlah : 2 buah - multistage

28. ROTARY COOLER ( E - 290 )

Fungsi : Mendinginkan sodium hexametaphosphate dengan udara bebas.

* Suhu operasi = 40oC (suhu kamar)

* Sistem kerja = kontinyu

Gambar alat :

Spesifikasi :

Diameter : 0,9 m

Panjang : 8 m

Sudut rotary : 1

Time of passes : 20 menit

(54)

Power : 9 hp

Jumlah : 1 buah

29. CYCLONE - 3 ( H - 291 )

Spesifikasi :

Jumlah : 1 buah

30. BLOWER - 3 ( G - 292 )

Fungsi : memindahkan udara dari udara bebas ke E-290

Hc Gas

in

De Sc

Lc Dc

Zc

Jc Dust Out

Gas Out

Tampak Atas

(55)

Spesifikasi :

Power : 12 hp

Jumlah : 1 buah

31. BUCKET ELEVATOR ( J - 293 )

Fungsi : memindahkan bahan dari E-290 ke silo F-310

Type : Continuous Discharge Bucket Elevator

Dasar pemilihan : untuk memindahkan bahan dengan ketinggian tertentu

Spesifikasi :

Kapasitas maksimum = 14 ton/jam

Ukuran = 6 in x 4 in x 4 ¼ in

Bucket Spacing = 12 in

Tinggi Elevator = 51 ft Masuk

Keluar

Masuk

(56)

Ukuran Feed (maximum) = ¾ in

Bucket Speed = (2,6 / 14) x 225 ft/mnt = 42 ft/menit

Putaran Head Shaft = (2,6 / 14) x 43 rpm = 8 rpm

Lebar Belt = 7 in

Power total = 4 hp

Alat pembantu = Hopper Chute (pengumpan)

Jumlah = 1 buah

32. BALL MILL ( C - 294 )

Fungsi : Menghaluskan kristal sampai 100 mesh

Type : Ball Mill Grinding System, Air-Lift Type

Dasar pemilihan : dipilih jenis ini karena sesuai dengan bahan

Spesifikasi :

Sieve number : No. 100

Kapasitas maksimum : 105 ton/hari

Ukuran ball mill : 6 ft x 4 ½ ft

Mill Speed : 24 rpm

Power : 85 hp

Bola Baja : - Ball charge : 8,9 ton

- Ukuran bola baja : 5” , 3 ½ “ , 2 ½ “

- Jumlah bola 5” : 577 buah

- Jumlah bola 3½“ : 1682 buah

- Jumlah bola 2½“ : 4615 buah

(57)

33. SCREEN ( H - 295 )

Fungsi : Menyaring produk sodium hexametaphosphate.

Type : Vibrating Screen

Dasar pemilihan : sesuai dengan ukuran, kapasitas dan jenis bahan.

Spesifikasi :

Kapasitas : 2,7 ton/jam

Speed : 50 vibration/dt

Power : 3 Hp (Peter’s 4ed;p.567)

Ty Equivalent design : 100 mesh

Sieve No. : 100

Sieve design : standard 149 micron

Sieve opening : 0,149 mm

Ukuran kawat : 0,110 mm

Effisiensi : 99,73 %

Jumlah : 1 buah

34. BELT CONVEYOR - 2 ( J - 296 )

Fungsi : memindahkan bahan dari screen ke ball mill

Dasar pemilihan : dipilih conveyor jenis belt sesuai dengan bahan

Masuk

Keluar

(58)

Spesifikasi :

Kapasitas maksimum : 32 ton/jam

Belt - width : 14 in - trough width : 9 in - skirt seal : 2 in

Belt speed : (0,2 / 32) x 100 ft/mnt = 0,7 ft/min

Panjang : 51 ft

Sudut elevasi : 11,3 o

Power : 4 Hp

Jumlah : 1 buah

35. SILO SODIUM HEXAMETAPHOSPHATE ( F - 310 ) Fungsi : Menampung produk sodium hexametaphosphate

Type : silinder tegak dengan tutup atas datar dan bawah conis

Dasar pemilihan : umum digunakan untuk menampung padatan

Kondisi Operasi : - Tekanan = 1 atm (tekanan atmosfer) - Suhu = 30C (suhu kamar)

Spesifikasi :

Volume : 3885 cuft = 110 m3

Diameter : 12 ft

Tinggi : 36 ft

Tebal tutup atas : 3/8 in

Tebal tutup bawah : 3/8 in

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

Jumlah : 2 buah

inlet

(59)

BAB VI

PERENCANAAN ALAT UTAMA

REAKTOR - 1 ( R - 210 )

Fungsi : Mereaksikan sodium carbonate dengan asam phosphate

membentuk disodium phosphate.

dilengkapi pengaduk , jaket pendingin.

* Suhu operasi = 85oC (Keyes : 747)

Berdasarkan pertimbangan atas fase zat yang tercampur, dan kapasitas

produksi, maka tangki proses dapat dibedakan jenisnya yaitu : tangki berpengaduk

(mixed flow) dan tangki pipa alir (plug flow). Pada reaktor ini bahan baku sodium

carbonate merupakan fase liquid, sedangkan asam phosphate merupakan liquid,

maka dipilih jenis tangki berpengaduk (mixed flow) untuk memudahkan dan

(60)

Kondisi feed :

1. Feed sodium carbonate dari tangki pengencer M-112 :

Komposisi bahan :

Komponen Berat (kg) Fraksi berat  (gr/cc) [Perry 7ed;T.2-1]

Na2CO3 1550,3350 0,4200 2,533

Impuritis 3,1100 0,0008 2,163

H2O 2137,8288 0,5792 1,000

3691,2738 1,0000

Rate massa = 3691,2738 kg/jam = 8137,7822 lb/jam

 campuran =



_fraksi_komponenberat 1 = 1 0,5792 2,163 0,0008 2,533 0,4200 1  

= 1,34 gr/cc

= 1,34 gr/cc x 62,43 = 83,8 lb/cuft (1 gr/cc = 62,43 lb/cuft)

rate volumetrik= densitas massa rate = cuft / lb jam / lb 83,8 8137,7822

= 98 cuft/jam

2. Feed asam phosphate dari tangki F-120 :

Komponen Berat (kg) Fraksi berat  (gr/cc) [Perry 7ed;T.2-1]

H3PO4 1361,6622 0,8500 1,834

H2O 240,2933 0,1500 1,000

1601,9555 1,0000

Rate massa = 1601,9555 kg/jam = 3531,6711 lb/jam

 campuran = 62,43

komponen berat fraksi 1  



= 101,8 lb/cuft

rate volumetrik= densitas massa rate = cuft / lb jam / lb 101,8 3531,6711

= 35 cuft/jam

(61)

Tahap-tahap Perencanaan

1. Perencanaan Dimensi Reaktor

2. Perencanaan Sistem Pengaduk

3. Perencanaan Sistem Pendingin

1. PERENCANAAN DIMENSI REAKTOR

Total rate volumetrik = 133 cuft/jam

 campuran = 76,2 lb/cuft (produk bawah)

Waktu tinggal = 60 menit (US.Patent : 5,302,363)

Direncanakan digunakan 1 tangki, sehingga volume tangki

= 133 cuft/jam x (60/60) jam = 133 cuft

Asumsi volume bahan (larutan) mengisi 80 % volume tangki sehingga volume

ruang kosong sebesar 20% dan digunakan 1 buah tangki.

Volume tangki = 133 / 80% = 167 cuft

Menentukan ukuran tangki dan ketebalannya

Diambil dimension ratio H

D = 2 (Ulrich ; T.4-27 : 248)

Volume tangki = Volume shell + Volume dished + Volume conical

Volume tangki = ¼  . D2 . H + 0,000346 D3 + 0,000263 D3

167 = ¼  . D2 . 2 D + 0,000346 D3 + 0,000263 D3

D = 5 ft = 60 in = 1,53 m (Dmaksimum = 4 m; Ulrich; T.4-18)

(62)

Penentuan tebal shell :

Tebal shell berdasarkan ASME Code untuk cylindrical tank :

t min = C

P 6 , 0 fE

ri P



 [Brownell & Young ,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 (diambil 1/8 in)

E = faktor pengelasan, digunakan double welded butt joint.

faktor pengelasan, E = 0,8

f = stress allowable, bahan konstruksi stainless steel 316

maka f = 36000 psi [Perry 7ed,T.28-11]

P operasi = P hydrostatis + P atmosfer =  H + 1 atm

P hydrostatis =





144 10 % 80 2 ,

76  

= 4,2 psi

P operasi = 4,2 + 14,7 psi = 18,9 psi

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

P design = 1,1 x 18,9 = 21 psi

r = ½ D = ½ x 60 in = 30 in

t min =



 



0,125 21

6 , 0 8 , 0 36000

30 21

  

(63)

Dimensi tutup atas, standard dished :

Untuk D = 60 in, didapat rc = 60 in (Brownell & Young, T-5.7)

digunakan persamaan 13.12 dari Brownell & Young.

Tebal standard torispherical dished (atas) :

th =

P 1 , 0 fE

rc P 885 , 0

  + C [Brownell & Young; pers.13.12]

dengan : th = tebal dished minimum ; in

P = tekanan tangki ; psi

rc = crown radius ; in [B&Y,T-5.7]

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

E = faktor pengelasan, digunakan double welded butt joint.

faktor pengelasan, E = 0,8

f = stress allowable, bahan konstruksi stainless steel 316

maka f = 36000 psi [Perry 7ed,T.28-11]

th =



36000 0,8

 

0,1 21



60 21 885 , 0

 

   + 0,125 = 0,164 in , digunakan t = 3/16 in

h = rc -

4 D rc

2 2 _

= 0,68 ft C a

t r

ID sf

b icr

OA

(64)

Tutup bawah, conis :

Tutup bawah, conis :

Tebal conical =





C

0,6P -fE cos 2 D . P 

 [Brownell,hal.118; ASME Code]

dengan  = ½ sudut conis = 30/2 = 15

tc =



 







8

1 21 6 , 0 8 , 0 36000 15 cos 2 12 6 21

o    

    0,148 in = 3/16 in

Tinggi conical :

h =





2 m D tg 

[Hesse, pers.4-17]

Keterangan :  = ½ sudut conis ; 15

D = diameter tangki ; ft

m = flat spot center ; 12 in = 1 ft

maka h =





2 1 D 15

tg o 

= 2

4 268 ,

(65)

2. PERENCANAAN SISTEM PENGADUK

Dipakai impeler jenis turbin dengan 6 buah flat blade. Dari ( Perry 6ed ; p.19-9 ) :

Diameter impeler (Da) = 1/3 diameter shell = 1/3 x 5 = 1,667 ft

Lebar blade (w) = 0,2 diameter impeller = 0,20 x 1,667 = 0,334 ft

Panjang blade = 0,25 x diameter impeller = 0,25 x 1,667 = 0,417 ft

Penentuan putaran pengaduk :

V =  x Da x N (Joshi; hal.389)

Dengan : V = peripheral speed ; m/menit

Untuk pengaduk jenis turbin :

peripheral speed = 200 – 250 m/menit (Joshi; hal.389)

Da = diameter pengaduk ; m

N = putaran pengaduk ; rpm

Diambil putaran pengaduk , N = 130 rpm = 2,2 rps

Da = 1,667 ft = 0,509 m

V =  x 0,509 x 130 = 207,7738 m/mnt (memenuhi range 200 – 250 m/mnt)

Karena peripheral speed memenuhi range, maka asumsi putaran pengaduk

memenuhi syarat.

Da E

J H

(66)

Penentuan Jumlah Pengaduk :

Jumlah Impeller =

gki tan Diameter sg liquid tinggi  (Joshi; hal.389)

sg bahan =

) O H ( reference bahan 2

  = lb/cuft cuft / lb 43 , 62 2 , 76 = 1,221

Jumlah Impeller =

5

1,221 10 %

80  

 2 buah

Jarak pengaduk = 1,5 Da = 1,5 x 1,667 ft = 2,501 ft

Bilangan Reynolds ; NRe :

Putaran pengaduk , N = 130 rpm = 2,2 rps

 bahan = reference

reference sg

bahan sg



 = 0,00085

0,996 1,221



= 0,00105 lb/ft dt (berdasarkan sg bahan)

NRe =

  

 Da2 N

 443670

Karena NRe > 10000 , maka digunakan baffle. [Perry 6ed ; hal 19-8]

Untuk NRe > 10000 diperlukan 4 buah baffle , sudut 900 (Perry, 6ed , hal. 19-8 )

Lebar baffle, J = J/Dt = 1/12

(67)

Power pengaduk :

Untuk NRe > 10000 perhitungan digunakan persamaan 5.5 Ludwig, halaman190 :

P = 3

   

N 3 D 5 g

K

  

 [Ludwig,Vol-1,pers.5.5,hal.190]

dengan : P = power ; hp

K3 = faktor mixer (turbin) = 6,3 [Ludwig,Vol-1,T.5.1,hal.192]

g = konstanta gravitasi ; 32,2 ft/dt2 x lbm/lbf

 = densitas ; lb/cuft

N = kecepatan putaran impeller ; rps

D = diameter impeller ; ft

P = 76,2

  

2,2 3 1,667



5 2

, 32

3 , 6

 

 = 2056,4 lb.ft/dt = 3,8 hp(1 lb.ft/dt=1/550 hp)

Untuk 2 buah impeller, maka power input = 2 x 3,8 hp = 7,6 hp

Perhitungan losses pengaduk :

Gland losses (kebocoran tenaga akibat poros dan bearing) = 10 %(Joshi:399)

Gland losses 10 % = 10 % x 7,6  0,76 hp (minimum=0,5)

Power input dengan gland losses = 7,6 + 0,76 = 8,36 hp

Transmission system losses = 20 %(Joshi:399)

Transmission system losses 20 % = 20 % x 8,36  1,67 hp

Power input dengan transmission system losses = 8,36 + 1,67 = 10,03 hp

(68)

3. PERENCANAAN SISTEM PENDINGIN

Perhitungan Jaket :

Perhitungan sistem penjaga suhu : ( Kern , hal 719 )

Dari neraca panas : suhu yang dijaga = 85C

Q = 485224,1481 kkal/jam = 1925493 Btu/jam

Suhu masuk rata-rata = 30C = 86F

Suhu keluar rata-rata = 85C = 185F

T = 185 – 86 = 99F

Kebutuhan media = 6470 kg/jam = 14264 lb/jam

Densitas media = 62,43 lb/cuft (densitas air)

Rate volumetrik =

cuft / lb

jam / lb bahan

bahan rate

 = 229 cuft/jam = 0,07 cuft/dt

Asumsi kecepatan aliran = 10 ft/dt [Kern, T.12, hal. 845]

Luas penampang =

dt / ft

dt / cuft aliran tan kecepa

volumetrik rate

= 0,07 / 10 = 0,01 ft2

Luas penampang = /4 (D22 - D12)

dengan : D2 = diameter dalam jaket

D1 = diameter luar bejana = Di bejana + (2 x tebal)

= 5 + 2 ( 3/16 in  0,02 ft ) = 5,04 ft

Luas penampang = /4 (D22 - D12)

0,01 = /4 (D22 – 5,04 2)

D2 = 5,05 ft

Spasi = 2

D D₂ ₁

= 2

,04 5 5,05

(69)

Perhitungan Tinggi Jaket :

UD = 120 (Kern, Tabel 8)

A = t U

Q

D  =

99 120 1925493

 = 163 ft

2

A conis = 0,785 (D x m) 4h2 



Dm



0,785d2(Hesse : pers. 4-16)

m = 12 in = 1 ft (Hesse : 85)

h : tinggi conical = 0,5 ft

d : Indise Diameter Jaket = 5,05 ft

D : Outside Diameter Jaket = OD + (2 x tebal jaket) = 5,092 ft

A conis = 0,785 (D x m) 4h2



Dm



0,785d2= 36,2 ft2

Ajaket = A shell + A conis

163 = ( . (5,05) . h ) + 36,2

hjaket = 8 ft

(70)

Spesifikasi :

Fungsi : Mereaksikan sodium carbonate dengan asam phosphate

membentuk disodium phosphate.

dilengkapi pengaduk , jaket pendingin.

Dimensi Shell :

Diameter Shell , inside : 5 ft

Tinggi Shell : 10 ft

Dimensi tutup :

Tebal tutup atas (dished) : 3/16 in

Tinggi Tutup atas : 0,68 ft

Tebal tutup bawah (conis) : 3/16 in

Tinggi Tutup bawah : 0,50 ft

Bahan konstruksi : Stainless steel 316 (Perry 7ed,T.28-11)

Sistem Pengaduk Turbin 6-flat blade

Diameter impeler : 1,667 ft

Panjang blade : 0,417 ft

Lebar blade : 0,334 ft

Power motor : 11 hp

Sistem Pendingin

Diameter jaket : 5,05 ft

Tinggi jaket : 8,00 ft

Jaket spacing : 3/16 in

Tebal Jaket : 3/16 in

(71)

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.

(72)

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,

maka pada perencanaan pabrik ini sedianya akan menggunakan kedua jenis alat

(73)

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

(74)

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