Siti Mira Qomariah I 1507044

(1)

commit to user

i

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK FURFURAL DARI SEKAM PADI

DENGAN PROSES QUAKER OATS

KAPASITAS 3.000 TON/TAHUN

Oleh :

Siti Mira Qomariah

I 1507044

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

(2)

commit to user

iii

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya,

penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul

”Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan Proses Quaker Oats

Kapasitas 3.000 Ton/Tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik

berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu,

penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Non-reguler

2. Ir. Endah Retno D., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Dr. Sunu Herwi

Pranolo selaku Dosen Pembimbing II, atas bimbingan dan bantuannya dalam

penulisan tugas akhir serta Ketua Program Studi Non-reguler.

3. Kedua Orangtua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang

senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.

4. Teman - teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan 2007

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh

karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan

tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Juni 2012

(3)

(4)

commit to user

v

2.2.5 Kondisi Operasi ... . 19

2.2.6 Tinjauan Termodinamika dan Kinetika ... . 19

(5)

commit to user

vi

4.1.1.2 Air Umpan Boiler... 63

4.1.1.3 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi... 66

4.1.2 Unit Pengadaan Steam ... 67

4.1.3 Unit Pengadaan Listrik ... 68

4.1.4 Unit Penyediaan Bahan Bakar ... 69

4.1.5 Unit Pengadaan Udara Tekan ... 69

4.1.6 Unit Pengolahan Limbah ... 70

4.2 Laboratorium ... 71

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... . 73

5.1 Bentuk Perusahaan ... . 73

5.2 Struktur Organisasi ... . 73

5.3 Tugas dan Wewenang ... . 75

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 76

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 78

5.6 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 79

BAB IV ANALISA EKONOMI ... 81

6.1 Penafsiran Harga Alat ... 83

6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 84

6.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost) ... 85

Daftar Pustaka

(6)

commit to user

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Kapasitas Produksi Industri Furfural yang telah Berdiri ... 2

Tabel 1.2 Macam-macam Proses Pembuatan Furfural... 9

Tabel 2.1 Neraca Massa Mixer (M-01) ... 29

Tabel 2.19 Neraca Panas pada Menara Distilasi (MD-01) ... 35

Tabel 3.1 Spesifikasi Pengaduk dan pemanas pada Reaktor ... 43

Tabel 3.2 Spesifikasi Alat Proses Dekanter... 50

Tabel 3.3 Spesifikasi Alat Proses Tangki ... 50

Tabel 3.4 Spesifikasi Mixer ... 52

(7)

commit to user

viii

Tabel 3.6 Spesifikasi Heat Exchanger Double Pipe ... 54

Tabel 3.7 Spesifikasi Pompa Proses... 55

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Proses ... 62

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Pendingin... 63

Tabel 4.3 Kebutuhan Air Boiler ... 66

Tabel 4.4 Kebutuhan Air Konsumsi dan Sanitasi ... 66

Tabel 4.5 Kebutuhan Total Air Sungai ... 67

Tabel 4.6 Spesifikasi Cooling Tower ... 67

Tabel 4.7 Spesifikasi Boiler ... 68

Tabel 4.8 Kebutuhan Energi Listrik ... 68

Tabel 4.9 Spesifikasi Genarator ... 69

Tabel 4.10 Spesifikasi Kompresor ... 70

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift ... 77

Tabel 5.2 Perincian Kualifikasi, Jumlah dan Gaji Karyawan ... 78

Tabel 6.1 Fixed Manufacturing Cost (FCI) ... 85

Tabel 6.2 Working Capital Investment (WCI) ... 86

Tabel 6.3 Direct Manufacturing Cost ... 86

Tabel 6.4 Indirect Manufacturing Cost ... 86

Tabel 6.5 Fixed Manufacturing Cost ... 87

Tabel 6.6 General Expense ... 87

(8)

commit to user

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Rumus Bangun furfural ... 1

Gambar 1.2 Grafik Impor Furfural di Indonesia ... 4

Gambar 1.3 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik Furfural ... 6

Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ... 24

Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ... 25

Gambar 2.3 Layout Pabrik ... 38

Gambar 2.4 Layout Peralatan Proses ... 41

Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air Sungai ... 65

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Furfural ... 75

Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ... 84

(9)

commit to user

x

INTISARI

Siti Mira Qomariah, 2012, Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan Proses Quaker Oats, Kapasitas 3.000 Ton/Tahun, Program studi S1 Non Reguler, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Furfural adalah senyawa organik yang kurang larut dalam air namun larut dalam alkohol, eter, dan benzena. Furfural banyak digunakan dalam industri kimia seperti bahan pembentuk resin dan pelarut dalam industri pemurnian minyak pelumas. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik furfural dengan kapasitas 3.000 ton/tahun dengan bahan baku sekam padi 30.100.000 ton/tahun dan toluena 15 ton/tahun. Lokasi pabrik yang dipilih adalah di kawasan industri Cilacap, Jawa Tengah.

Proses pembuatan furfural dari sekam padi ada tiga tahapan yaitu: pertama, tahap penyiapan bahan baku. Air dan asam sulfat dimasukkan ke dalam mixer agar bercampur secara homogen. Sekam padi dari gudang diangkut dengan belt conveyor menuju crusher kemudian diayak dengan screen. Kedua, tahap reaksi hidrolisa menggunakan asam sulfat 98% sebagai katalis. Reaksi pembentukan yang terjadi di dalam reaktor RATB pada suhu dekanter yang kemudian dimurnikan di menara distilasi untuk mendapatkan produk furfural 99,5%.

Unit pendukung proses pabrik meliputi unit pengadaan, air proses 23.800 kg/jam,air pendingin sebanyak 38.800 kg/jam, unit pengadaan air konsumsi umum dan sanitasi sebanyak 10.150 kg/jam, unit pengadaan steam sebanyak 9.700 kg/jam, udara tekan sebanyak 120 m3/jam, tenaga listrik sebesar 550 kW, bahan bakar solar sebanyak 170 L/jam. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk.

Perusahaan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and

staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift.

(10)

commit to user

xi

(11)

(12)

commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik

Furfural merupakan senyawa organik yang yang mempunyai rumus molekul

C5H4O2, dan dikenal sebagai furfuraldehid atau furfural, 2-furankarboksaldehid,

biasanya disebut furfural atau furol. Furfural merupakan senyawa yang kurang larut

dalam air namun larut dalam alkohol, eter, dan benzena. Senyawa ini berfase cair

berwarna kuning hingga kecoklatan dengan titik didih 161,7°C.

Gambar 1.1 Rumus bangun furfural

Bahan utama pembuatan furfural adalah pentosan yang biasanya terdapat pada

bahan yang mengandung serat. Pentosan banyak terdapat pada limbah pertanian

seperti: tongkol jagung, sekam padi, ampas tebu, dan serbuk gergaji. Sekam padi

merupakan salah satu limbah pertanian yang mengandung pentosan. Bahan baku

sekam padi mudah diperoleh di Indonesia, mengingat Indonesia merupakan negara

agraris dengan produk pertanian yang melimpah. Industri furfural dapat

meningkatkan pendapatan petani karena memberi nilai tambah bagi hasil samping

(13)

commit to user

2 Pemerintah RI selalu berupaya untuk menciptakan kondisi yang mendukung

pertumbuhan industri, khususnya industri kimia. Pembangunan industri kimia furfural

ditekankan untuk memenuhui kebutuhan dalam negeri, pemanfaatan sumber daya

alam yang ada, menciptakan lapangan kerja, mendorong perkembangan industri lain

seperti industri cat dan plastik, serta ekspor ke negara lain.

Di dalam negeri, furfural mempunyai kegunaan yang cukup luas di beberapa

industri. Kegunaan furfural antara lain sebagai pelarut (solvent) dalam industri

minyak bumi. Senyawa turunan furfural seperti 2-metilfuran (sylvan) sebagai bahan

pembantu industri resin,cat, pernis, plastik, serat sintesis, serta Furan sebagai bahan

pembantu pada industri farmasi dan herbisida.(www.furan.com/furfural)

1.2.Kapasitas Perancangan

Penentuan kapasitas perancangan pabrik ini berdasarkan beberapa

pertimbangan yaitu kebutuhan produk, ketersediaan bahan baku, dan segi ekonomi.

Adapun pabrik-pabrik furfural yang telah berdiri:

Tabel 1.1 Kapasitas produksi industri Furfural yang telah berdiri

No. Negara Perusahaan Kapasitas

(Ton/tahun)

1. Argentina Indunor S.A

E.C. Welbers

3.000

1.500

2. Brazil Agroquimica Rafard SA 4.000-6.000

3. Dominican Central Romana Co. 3.500

(14)

commit to user

3

5. USA Great Lakes Chem-Co 4.500

6. Austria Lenzig Aktiengesellse

haft

10.000

7. Spain Furfural Espanol SA 4.500

8. Hungary Pet Nitrogen Work 2.000

9. Poland Polimex Cekop 5.000

10. Slovenia State owned complex 1.500

11. Kenya Kenya furfural Ltd. 5.000

12. South - Africa Smithchem Ltd. 17.000

13. China - 50.000

www.chem-is-try.org

Berdasarkan data dari Biro Statistik harga furfural di pasar internasional pada

tahun 2006 adalah US $ 610.655/kg. Pada tahun 2007 harga meningkat menjadi US

$ 744.734/kg dan pada tahun 2008 meningkat menjadi US $ 1.291.973/kg. Pada

tahun 2009 mengalami penurunan sebesar 25% menjadi US $ 968.292/kg. Lalu pada

tahun 2010 mengalami peningkatan sebesar 28,6% menjadi US $ 1.356.633/kg.

Dari data di atas dapat kita lihat bahwa harga furfural cenderung bertambah.

Karena berdirinya industri baru yang menggunakan furfural sebagai bahan utama.

Bahan baku sekam padi dipilih adalah karena memiliki harga ekonomis dan untuk

memanfaatkan limbah sekam yang dihasilkan setiap musim panen. Umumnya sekam

belum dimanfaatkan secara optimal, dan masih banyak sisa sekam yang menumpuk

di penggilingan padi dan tidak digunakan. Biasanya hanya sekam dijadikan bahan

(15)

commit to user

4 Berdasarkan data dari Biro Statistik permintaan furfural di pasar internasional

pada tahun 2006-2010 yang dibuat dalam bentuk grafik permintaan

Gambar 1.2 Grafik Impor Furfural di Indonesia

Dari grafik tersebut didapatkan persamaan linier y = 55203x-1E+08 dengan x

adalah tahun dan y adalah jumlah produksi furfural (kg). Jika pabrik direncanakan

akan berdiri pada tahun 2017, maka kapasitas pabrik direncanakan untuk memenuhi

kebutuhan di dalam negeri sebesar 11.344.451 kg. Dilihat ketersediaan bahan baku

yang ada maka pabrik dirancang dengan kapasitas 3.000.000 kg/thn atau 3.000

ton/thn.

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik

Dengan mempertimbangkan beberapa faktor di bawah ini, lokasi indusrti kimia

furfural dipilih di daerah Cilacap, Jawa Tengah dengan alasan sebagai berikut: y = 55203x - 1E+08

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

(16)

commit to user

5

1. Penyediaan Bahan Baku

Lokasi pabrik dipilih dekat sumber bahan baku sekam padi untuk

mengurangi biaya transportasi dan kehilangan bahan baku dalam transportasi.

Pemilihan lokasi di Kabupaten Cilacap dipilih karena memiliki luas sawah

63.094 hektare yang ditanami padi. Dari data Dinas Pertanian dan Peternakan

Cilacap, Jawa Tengah, didapatkan data produksi padi sebesar 784.000 ton

GKG pada akhir tahun 2010.

Dari sawah seluas 1 Ha dapat menghasilkan 4 ton gabah kering panen

berarti sekam yang dihasilkan sekitar 8 kwintal. Dari 100 kg gabah kering

akan dihasilkan kira-kira 20 kg sekam dan setiap 10 kg sekam menghasilkan 1

kg furfural. Untuk membuat 3.000 ton furfural membutuhkan 30.000 ton

sekam padi. Maka dari jumlah bahan baku sekam dapat memenuhi kapasitas

3.000 ton furfural tersebut. Bahan baku sekam padi diperoleh sekitar 4.000

kg/jam dari hasil pertanian para petani di daerah Cilacap.

(www.jumena.wordpress.com)

2. Penyediaan listrik dan bahan bakar

Kebutuhan listrik pabrik ini sebagian dipenuhi dari jaringan PLN,

sedangkan untuk menjamin kelancaran penyediaan tenaga listrik bagi

kelangsungan produksi, pabrik harus memiliki generator pembangkit tenaga

listrik sendiri. Kebutuhan bahan bakar yaitu solar yang dipakai untuk

(17)

commit to user

6

3. Penyediaan air

Kebutuhan air pada pabrik diperoleh dari sumber air sungai.

4. Transportasi

Transportasi darat maupun laut memadai sehingga mempermudah

pengangkutan bahan baku maupun produk.

5. Tenaga Kerja

Tenaga kerja banyak tersedia di daerah Jawa sehinga dengan

didirikannya pabrik furfural akan menyerap tenaga kerja dan menunjang

program pemerintah untuk mengurangi penganguran.

(18)

commit to user

7

1.4. Tinjauan Pustaka

1.4.1. Macam-macam Proses

Pada dasarnya furfural dibuat dengan cara mendehidrasikan pentosa yang

merupakan hasil dari pentosan yang terdapat dalam sekam padi. Ada beberapa proses

pembuatan furfural secara komersial yang dikemukan oleh Mc. Ketta (1983), yaitu:

A. Quaker Oats Process

Pada pembuatan furfural dengan cara Quaker Oats mengunakan asam sulfat

sebagai katalis. Larutan asam diserap ke dalam sekam padi, bagasse, tongkol

jagung atau bahan baku lainnya. Dalam hal ini digunakan spherical digester

dengan putaran horizontal dan high pressure steam dengan suhu 153 oC dan 4,1

bar. Sesudah suhu dan tekanan digeser tercapai, valve uap dibuka kemudian

didestilasi. Uap dilewatkan boiler sedang cairan yang mengandung furfural masuk

pada stripping columm, kemudian dikondensasi dan dipisahkan menjadi dua

lapisan. Proses Queker Oats membutuhkan waktu 6-8 jam penguapan, 100 kg

bahan, 28 liter air, 2 kg asam sulfat dan steam 260 kg untuk menghasilkan 10 kg

furfural.

B. Rosenlew Process

Bahan baku diserap dari kolom distilasi furfural pada suhu 80oC diumpankan

ke reaktor. Pada reaktor, furfural dipertahankan pada tekanan 11-12 kg/cm2 (10,8–

11,8 bar) steam dilewatkan reaktor melalui dasar reaktor melalui dasar reaktor

(19)

1-commit to user

8 2 jam. Kondensat yang berisi furfural kemudian didestilasi, didekantasi, dan

dihidrolisasi.

C. Petrole Chimie Process

Proses ini didasarkan pada Agrifurance proses. Bahan baku diumpankan ke

dalam reaktor bersama-sama dengan air dan juga asam fospat sebagai katalis

kemudian ditambahkan steam. Pada keadaan normal, perbandingan padat cair

adalah 1:6. Steam yang digunakan bertekanan sebesar 9,8 bar. Reaksi padat cair

terjadi pada tekanan 6,37 bar dan temperature 170°C. Seperti steam yang lain,

furfural didistilasi membentuk azeotrop kemudian didekantasi agar lapisan

menjadi dua lapisan. Lapisan bawah yang kaya akan furfural dinetralisasi dan

didehidrasi menjadi furfural teknik.

D. Escher Wyss Process

Dalam hal ini bahan baku dari storage ditrasfer ke belt conveyor menuju

bucket elevator untuk diumpankan menuju reaktor. Pada waktu masuk reaktor,

bahan baku diaerasi dengan cara dikontakkan steam pada suhu 145 0C, tekanan 3 -

4 kg/cm2 (2,94 – 3,92 bar)dan dicampur asam asetat sebagai katalis. Produk yang

berisi furfural dan asam asetat meninggalkan seksi atas reaktor sebagai uap

bersama kelebihan steam dan melewati kondensor. Uap dikondensasi, kondensat

didinginkan dengan dilewatkan sistem. Kondensat diaerasi, disaring dan

dikumpulkan dalam intermediate storage tank.

(20)

commit to user

9 Tabel 1.2 Macam-macam Proses Pembuatan Furfural

No. Proses Konsumsi Steam Katalis

1 Quaker Oats Proses 22,5 ton (9,8 bar) Asam Sulfat

2 Rosenlew Proses 38 ton (14,7 bar) -

3 Petrole Chimie Proses 20 ton (9,8 bar) Asam fosfat

4 Escher Wyss Proses 30 ton (14,7 bar) Asam asetat

(Mc Ketta, 1983)

Dari tabel di atas, dipilih proses Queker Oats karena proses ini mempunyai

tingkat konsumsi steam dan tekanan yang kecil dibandingkan peoses lain dan katalis

yang murah.

1.4.2. Kegunaan Produk

Manfaat furfural sangat penting dalam industri kimia, antara lain:

1. Sebagai pelarut selektif untuk memisahkan senyawa jenuh dan tidak jenuh dalam

minyak, solvent untuk resin dan wax. Furfural digunakan pada Furfural Extraction

Unit berfungsi untuk memperbaiki viskositas indeks dengan mengambil

komponen aromatis yang mempunyai viskositas indeks rendah. Unit ini juga

berfungsi mengekstraksi aromatis dan memperbaiki warna dan stabilitas bahan

bakar.

2. Sebagai bahan pembuatan senyawa furan yang lain seperti furfural alkohol,

tetrahidro furfural alkohol, 2-metilfuran (sylvan), Maleic anhydride yang

(21)

commit to user

10 - Zat penghilang warna pada wood resin.

- Bahan pembentuk resin.

- Produksi plastik.

- Herbisida, aromatizing, agen untuk brandy dan industri parfum.

1.4.3. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku Dan Produk :

1. Sekam padi

Fase : Padat

Warna : Kuning kecoklatan

Komposisi : Karbohidrat kasar : 33,38% berat

Pentosa : 18,00% berat

Protein kasar : 3,03% berat

Kadar air : 6,00% berat

Lemak : 1,18% berat

Serat kasar : 20,07% berat

Kadar Abu : 17,71% berat

(Suharno, 1970)

2. Asam sulfat (SNI 06-0030-1996)

Sifat fisis

Rumus molekul : H2SO4

Fase : Cair

(22)

commit to user

11

Berat molekul : 98,079 kg/kmol

Kadar minimal : 98%

Impuritas :Chlorida (Cl) maksimal 10 ppm, Nitrate (NO3)

maksimal 5 ppm, Besi (Fe) maksimal 50 ppm, Timbal

(Pb) maksimal 50 ppm

Kelarutan dalam air : larut sempurna dalam air

Sifat kimia : a. larut dalam air, alkohol, dan etil eter

b. merupakan asam kuat bersifat hidroskopis

(Petrokimia Gresik)

3. Air

Sifat fisis

Rumus molekul : H2O

Fase : Cair

Warna : tidak berwarna

Titik didih : 100ºC

Titik beku : 0ºC

(Perry,1997)

Sifat kimia

 Sebagai pelarut yang baik karena air merupakan senyawa polar

(23)

commit to user

12

 Bersifat netral, dapat menguraikan garam menjadi asam dan basa, serta

dapat bereaksi dengan beraneka ragam zat.

(Pudjaatmaka, 1993)

4. Toluena

Sifat fisis

 Berat molekul : 92,14 kg/kmol

 Fase : Cair

 Titik leleh : -95 oC

 Titik didih : 110,6 oC

 Densitas : 862,3 kg/m3

(www.chemicalland21.com)

Sifat kimia

 Hidrogenasi termal dari toluene akan menghasilkan benzene, methane

dan diphenyl.

(toluene) (benzene) (methane)

(diphenyl)

 Dengan oksigen (oksidasi) dalam fase cair dan katalis Br-Co-Mn

menghasilkan asam benzoat.

+ CH3

(24)

commit to user

13

(toluene) (asam benzoat)

(Kirk and Othmer, 1991)

5. Furfural

Sifat fisis

Rumus molekul : C5H4O2

Fase : Cair

Warna : kuning

Kelarutan dalam air : 8,3 bagian per 100 bagian air

Titik didih : 161,7ºC

Titik beku : -36,5ºC

(Mc.Ketta,1983)

Sifat Kimia

Sifat-sifat kimia furfural hampir sama dengan senyawa aromatik aldehid,

tetapi mempunyai karakteristik tersendiri. Furfural adalah senyawa yang stabil

secara thermal tanpa ada O2. Pada temperatur 230ºC, selama beberapa jam akan

mengubah sifat-sifat fisik yaitu perubahan warna.

1. Furfural dapat dioksidasi dengan permanganat atau bikromat menghasilkan

asam furoat (furic acid).

CH3

O2,Br,Co,Mn

(25)

commit to user

14

Reaksi : C5H4O2 + O2 C5H4OCOOH

Furfural asam furoat

2. Furfural mengalami reaksi oksidasi bila bertemu dengan basa seperti NaOH

dan menghasilkan Furfuril alkohol dan natrium furoat.

Reaksi : 2C5H4O2 + NaOH C4H2O2CH2OH + C4H4COONa

Furfural Furfural Alkohol Na-furoat

(Dunlop,A.P,1982)

1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum

Pada pembuatan furfural dengan cara Quaker Oats mengunakan asam sulfat

98% sebagai katalis dan sekam padi sebagai bahan baku. Proses yang terjadi pada

pembuatan furfural adalah proses hidrolisis dan dehidrolisis. Dengan perbandingan

bahan baku dan air sebesar 1:6. Proses hidrolisa pentosan menjadi pentosa dilakukan

pada suhu 70°C. Berikut ini adalah reaksi hidrolisa furfural:

(C5H8O4)100(s) + 100 H2O(l) H2SO4 (l) 100 C5H10O5(l) ……….(1-1)

Pentosan Pentosa

Lalu dilanjutkan proses dehidrasi pentosa menjadi furfural dengan suhu 230°C.

C5H10O5 (l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3H2O(l) ………... (1-2)

Pentosa Furfural

Lalu ditambahkan toluena sebagai solvent untuk memisahkan furfural dengan

zat pengotor lainnya. Selanjutnya menuju menara distilasi untuk proses pemurnian

(26)

commit to user

15

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1 Spesifikasi Bahan dan Produk

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku

 Sekam Padi

Fase : Padat

Warna : Kuning kecoklatan

Komposisi : Karbohidrat kasar : 33,38% berat

Pentosan : 18,00% berat

Protein kasar : 3,03% berat

Kadar air : 6,00% berat

Lemak : 1,18% berat

Serat kasar : 20,70% berat

Kadar Abu : 17,71% berat

(Suharno, 1970)

2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu

 Asam Sulfat (SNI 06-0030-1996)

Rumus Molekul : H2SO4

Fase : Cair

(27)

commit to user

16

Titik didih : 340 °C

Kadar minimal : 98%

Impuritas :Chlorida (Cl) maksimal 10 ppm, Nitrate (NO3)

maksimal 5 ppm, Besi (Fe) maksimal 50 ppm, Timbal

(Pb) maksimal 50 ppm

Kelarutan dalam air : larut sempurna dalam air

(Petrokimia Gresik)

 Air

Rumus molekul : H2O

Fase : Cair

Warna : Tidak berwarna

(Perry, 1997)

 Toluena

Rumus molekul : C7H8

Fase : Cair

Warna : Tidak berwarna

(28)

commit to user

17

Impuritas : H2O 0,5% (maksimal)

C6H6 0,5% (maksimal)

(www.chemicalland21.com)

2.1.3 Spesifikasi Produk

 Furfural

Rumus molekul : C5H4O2

Bentuk : Cair

Warna : Kuning

Kemurnian : 99% (minimal)

Kandungan air : 0,3% (maksimal)

(Mc.Ketta, 1983)

2.2 Konsep Dasar

2.2.1 Dasar Reaksi

Pada proses pembuatan furfural, reaksi yang terjadi adalah reaksi

hidrolisa pentosan menjadi pentosa yang diikuti dengan reaksi dehidrolisa

pentosa menjadi produk furfural. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

(C5H8O4)100 (s) + 100 H2O(l) H2SO4(l) 100 C5H10O5(l)…..…..(2-1) Pentosan Pentosa

C5H10O5(l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3 H2O(l)……….……(2-2) Pentosa Furfural

(29)

commit to user

18

2.2.2 Pemakaian Katalis

Katalis yang dipakai adalah asam sulfat yang dapat membantu reaksi

hidrolisa dan dehidrolisa. Dengan adanya asam dalam larutan pentosan maka

ikatan antar monomer akan terpecah sehingga membentuk campuran yang

homogen kemudian terjadi reaksi hidrolisa. Asam sulfat adalah asam yang

dapat mempercepat berlangsungnya reaksi hidrolisa. (Mc. Ketta, 1983).

2.2.3 Mekanisme Reaksi

Reaksi yang terjadi pada pembuatan furfural meliputi :

1. Proses hidrolisa pentosan menjadi pentosa

(C5H8O4)100(s) + 100 H2O(l) H2SO4(l) 100 C5H10O5(l) ……….…(2-3) Pentosan Pentosa

 Dengan adanya asam sebagai katalis larutan pentosan maka ikatan antar

monomer akan terpecah sehingga membentuk campuran yang homogen.

 Dengan adanya air maka H+ dan OH- masuk dalam ikatan membentuk

pentosa.

2. Proses dehidrasi pentosa menjadi furfural

C5H10O5 (l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3H2O(l) ……….(2-4) Pentosa Furfural

(Mc.Ketta, 1983)

2.2.4 Fase Reaksi

Kondisi umpan sebelum masuk reaktor pada fase padat–cair. Umpan

(30)

commit to user

19 mencapai kondisi operasi pada suhu dan tekanan yang diinginkan, juga untuk

mendorong produk furfural keluar reaktor.

2.2.5 Kondisi Operasi

Proses pembuatan furfural dengan proses Quaker Oats berlangsung pada

fase padat–cair, pada suhu 70ºC dan tekanan 1,013 bar (reaksi hidrolisis) dan

pada suhu 230ºC dan tekanan 68,901 bar (reaksi dehidrasi). Kondisi operasi

tersebut adalah kondisi optimal untuk mencapai konversi dan kecepatan reaksi

yang besar.

2.2.6 Tinjauan Termodinamika dan Kinetika

Tinjauan dari segi termodinamika adalah untuk mengetahui apakah reaksi

tersebut melepaskan panas (eksotermis) atau memerlukan panas (endotermis)

dan juga untuk mengetahui apakah reaksi berjalan searah (irreversible) atau

dapat balik (reversible).

Adapun reaksinya adalah :

(C5H8O4)100(s) +100 H2O(l) H2SO4 100 C5H10O5(l) …………(2-5)

Pentosan Pentosa

C5H10O5(l) H2SO4 C5H4O2(l)+ 3 H2O(l) ………(2-6)

Pentosa Furfural

 Harga ΔH°298 Reaksi

(31)

commit to user

20

ΔHf H2O = -68,524 kcal/mol (-286,91 kJ/mol)

ΔHf C5H4O2 = -47,814 kcal/mol (-200,2 kJ/mol)

ΣΔHR = ΔH1 + ΔHR0+ ΔH2 ………(2-7)

ΔH1 = Σni ⌡Cpi dT

= -115.900 kcal/mol (-485.193,648 kJ/mol)

ΔH2 = Σ ni ⌡Cpi dT

= 1.039.000 kcal/mol (4.351.635,140 kJ/mol)

ΣΔHR0= n. ΔHf C5H10O5 – (n. ΔHf C5H8O4+ n. ΔHf H2O)

= ((-882,41 kJ)*3,525) - (0,0004.(-660,83) + ((-286,91)* 3,525))

= -2.098.918,940 kJ/mol ( -501.300 kcal/mol)

ΣΔHR = ΔH1 + ΔHR0+ ΔH2

=((-485.191,148) + 4.351.635,140 + (-2.098.918,940)) kJ/mol

= 1.767.522,552 kJ/mol ( 422.100 kcal/mol)

Harga ΔHr menunjukkan positif, maka reaksi ini merupakan reaksi

endotermis atau memerlukan panas.

 Harga ΔG° Reaksi(Yaws, 1999 )

ΔG° H2O = - 228,6 kJ/mol (-54,598 kcal/mol)

ΔG° C5H4O2 = - 102,87 kJ/mol (-24,57 kcal/mol)

(32)

commit to user

21

ΔG° C5H10O5 = - 1.187,2 kJ/mol (-283,54 kcal/mol)

ΔG° produk = (ΔG° C5H10O5) – (ΔG° C5H8O4 + ΔG° H2O)

= (- 1.187,2) - (-690 + (- 228,6)) kJ/mol

= -268,6 kJ/mol (-64,15 kcal/mol)

ΔG° reaktan = (ΔHf C5H4O2+ (3 ΔG° H2O)) – (ΔG° C5H10O5)

= (-102,87 + (3 x (-228,6)) – (- 1.187,2) kJ/mol

= -138,67 kJ/mol (-33,12 kcal/mol)

ΔG° = ΣΔHr produk + ΣΔHr reaktan

= ( -268,6 kJ/mol + (-138,67 KJ/mol)

= - 407,27 kJ/mol (-97,27 kcal/mol)

Perhitungan harga tetapan kesetimbangan (K) dapat ditinjau dari rumus

berikut : ΔG° = -RT lnK ………(2-8)

Keterangan :

ΔG° = Energi Gibbs standart , kj/mol

R = Tetapan gas ideal ( 8,314 j/mol 0K )

T = Temperatur, K

K = Konstanta kesetimbangan

(Smith and Van Ness, 2001)

Dari persamaan dapat dicari konstanta kesetimbangan Treff = 298K

-RTlnK = ΔG°

Δ G o

(33)

commit to user

Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa reaksi yang terjadi adalah reaksi

searah (irreversible).

(Smith Vannes, 1984)

Tinjauan Kinetika

Reaksi pembuatan furfural merupakan reaksi orde satu

(C5H8O4)100(s) + 100 H2O(l) k1 100 C5H10O5(l) …………...…..…(2-9)

Pentosan Pentosa

C5H10O5(l) k2 C5H4O2(l) + 3 H2O(l) ………...(2-10)

Pentosa Furfural

Persamaan kinetika reaksi untuk orde satu:

t = 1 jam , XA = 90%

k = XA ...(2-11) t(1- XA)

dimana: t : waktu reaksi, jam

(34)

commit to user

23

XA : konversi pentosan

k = 0,9

1(1- 0,9)

k = 9 /jam

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses

2.3.1 Diagram Alir Proses

Diagram alir Prarancangan pabrik furfural dari sekam padi dapat ditunjukkan

dalam tiga macam, yaitu:

a. Diagram Alir Kualitatif (Gambar II.1)

(35)

commit to user

24

Ga

m

ba

r

2.

1

Di

agr

am

Al

ir

Kua

li

ta

ti

(36)

commit to user

25

Ga

m

ba

r

2.

2

Di

agr

am

Al

ir

Kua

nt

it

at

(37)

commit to user

26

2.3.2 Langkah-langkah Proses

Proses pembuatan furfural dengan bahan baku sekam padi secara garis besar

dapat dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu:

 Tahap penyiapan bahan baku

 Tahap reaksi

- Reaksi hidrolisa

- Reaksi dehidrolisa

 Tahap pemurnian hasil

1. Tahap penyiapan bahan baku

Air yang berasal dari tangki penyimpanan utilitas (TU-06) (suhu 30°C dan

tekanan 1,013 bar) dan asam sulfat dengan kemurnian 98% yang disimpan pada suhu

30°C dan tekanan 1,013 bar dimasukkan ke dalam mixer (M-01) agar bercampur

secara homogen. Selanjutnya cairan diumpankan ke dalam reaktor (R-01)

Bahan baku sekam padi yang disimpan di dalam gudang (G-01) pada suhu

30°C dan tekanan 1,013 bar diangkut menggunakan belt conveyor (Bc-01) menuju

crusher (Cr-01) untuk menghancurkan sekam padi. Sekam padi diangkut

menggunakan belt conveyor kemudian diayak dengan menggunakan vibrating screen

(Sc-01) untuk menyeragamkan ukuran 8-10 mesh. Serbuk yang telah halus menuju

hopper (H-01) yang kemudian dilewatkan weight feeder (WF-01), selanjutnya

(38)

commit to user

27

2. Tahap reaksi

2.1 Reaksi hidrolisa

Pada tahap reaksi hidrolisa air dari bagian utilitas dan sekam yang telah

dihaluskan dengan perbandingan 6:1. Katalis asam sulfat sebanyak 1%(w/w) dari

jumlah berat total air dimasukkan ke dalam reaktor. Reaksi hidrolisa menggunakan

reaktor alir tangki berpengaduk 01) dengan sifat reaksi endotermis. Reaktor

(R-01) beroperasi secara isothermal pada suhu 70°C dan tekanan 1,013 bar. Untuk

mempertahankan suhu reaktor pada suhu 70°C maka reaktor dilengkapi dengan

jaket pemanas. Reaksi yang terjadi adalah:

(C5H8O4)100(s) +100 H2O(l) H2SO4(l) 100 C5H10O5(l)………(2-12)

Hasil dari reaksi hidrolisa adalah pentosa (C5H10O5) yang selanjutnya akan

diubah menjadi furfural. Pentosa selanjutnya dialirkan menuju rotary drum

vacuum filter (F-01).

Produk keluar dari reaktor (R-01) dialirkan ke filter (F-01) menggunakan

pompa (P-05). Keluaran reaktor selanjutnya akan dipisahkan antara cake dengan

filtratnya. Cake akan dibuang ke unit pengolahan limbah. Sedangkan filtrat

(pentose, air, dan asam sulfat) akan diumpankan ke reaktor (R-02) untuk

didehidrolisa.

2.2 Reaksi dehidrolisa

Reaksi dehidrolisa dilakukan untuk menguraikan pentosa menjadi furfural

(39)

commit to user

28 alir pipa (R-02) dengan sifat reaksi endotermis. Reaksi beroperasi secara

isothermal, non-adiabatic dengan kondisi operasi pada suhu 230°C dan tekanan

68,901 bar. Reaksi yang terjadi pada adalah:

C5H10O5(l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3 H2O(l)………(2-13)

Selanjutnya produk akan diturunkan tekanan dan suhunya menjadi 1,013

bar dan 100,31°C dengan menggunakan ekspander yang kemudian dialirkan

menuju decanter (Dc-01).

3 Tahap pemurnian hasil

Produk keluar dari R-02 menuju decanter (Dc-01) untuk memisahkan asam

sulfat dan air sebagai hasil bawah dengan produk furfural dan pentosa sebagai hasil

atas pada suhu 100,31°C dan tekanan 1,013 bar. Hasil bawah akan di-recycle kembali

menuju mixer (M-01), sedangkan furfural dan pentosa dipompa menggunakan pompa

(P-08) menuju mixer (M-02) kemudian ditambahkan toluena sebagai solvent.

Toluena hasil atas dari menara distilasi (MD-01) dicampur dengan make up

toluene yang berasal dari tangki penyimpanan (T-03) pada suhu 30°C dan tekanan

1,013 bar untuk dijadikan solvent yang masuk ke dalam mixer (M-02) dengan suhu

103,2°C yang kemudian dialirkan menuju decanter (Dc-02).

Produk keluar dari mixer (M-02) menuju decanter (Dc-02) untuk memisahkan

air dan pentosa sebagai hasil bawah dengan produk furfural,toluene, dan benzena

sebagai hasil atas. Hasil bawah akan diumpankan ke dalam MD-01 untuk

(40)

commit to user

29 dengan kemurnian 99,5% yang kemudian disimpan dalam tangki penyimpanan

(T-03) pada suhu 40°C dan tekanan 1,013 bar. Sedangkan produk atas berupa toluena

99,5% akan di recycle kembali menuju M-02.

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas

Produk : Furfural 99,5% berat

Kapasitas : 3.000 ton/tahun

Satu tahun produksi : 330 hari

Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam

2.4.1. Neraca Massa

Basis Perhitungan : 1 jam operasi

(41)

commit to user

30 Tabel 2.1 Neraca Massa Mixer (M-01)

No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 1 Arus 2 Arus 3

1 Air (H2O) 22.799,3487 5,3198 22.804,6685

2 Asam sulfat (H2SO4) - 260,6726 260,6726

Jumlah 22.799,3487 265,9924 23.065,3411

23.065,3411

Tabel 2.2 Neraca Massa Reaktor (R-01)

6. Karbohidrat kasar - 1268,4038 1268,4038

7. Lemak - 44,8387 44,8387

8. Abu - 672,9608 672,9608

9. Asam sulfat (H2SO4) 260,6726 - 260,6726

Jumlah 23.065,3411 3.799,8914 26.865,2325

(42)

commit to user

31

Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9

9. Asam sulfat (H2SO4) 260,6726 - 0,9551 259,7174

Jumlah 26.865,2325 295,6315 3.045,0050 24.115,8591

27.160,8641 27.160,8641

Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor (R-02)

Arus 9 Arus 10

1. Air (H2O) 23.159,1794 23.372,4498

2. Furfural (C5H4O2) - 379,1475

3. Pentosa (C5H10O5) 696,9623 104,5443

4. Asam sulfat (H2SO4) 259,7174 259,7174

Jumlah 24.115,8591 24.115,8591

Tabel 2.5 Neraca Massa Dekanter (Dc-01)

Jumlah 24.115,8591 19.064,1252 5.051,7339

24.115,8591

Jumlah 5.051,7339 9,9182 10.095,4435

(43)

commit to user

Input (kg/jam) Output (kg/jam)

1. Benzena (C6H6) 44,6424 44,6424 -

2. Toluena (C7H8) 10.050,8010 10.048,9071 1,8939

3. Furfural (C5H4O2) 378,7879 1,8939 376,8939

Jumlah 10.474,2313 10.095,4435 378,7879

10.474,2313

Tabel 2.9 Neraca Massa Recycle

Arus 1 Arus 2 Arus 11 Arus 3

1 Air (H2O) 4.000,2607 0,0191 18.804,4078 22.804,6685

2 Asam Sulfat (H2SO4) - 0,9360 259,7174 260,6726

Jumlah

4.000,2607 0,9551 19.064,1252

23.065,3411 23.065,3411

No. Komponen

Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Jumlah 15.157,0955 4682,8642 10.474,2313

(44)

40

Bab I I Deskripsi Proses

Tabel 2.10 Neraca Massa Total

No. Komponen

Masuk (Kg/Jam) Keluar (Kg/Jam)

Arus 1 Arus2 Arus 4 Arus 7 Arus 13 Arus 8 Arus 15 Arus 18

1. Benzena (C6H6) 0,8232 0,8232

2. Air (H2O) 4.000,2607 0,0191 227,9935 295,6316 5,0517 85,1711 4.573,0938

3. Toluena (C7H8) 4,0433 2,1494 1,8939

4. Furfural (C5H4O2) 2,2536 376,8939

5. Pentosa (C5H10O5) 2,5632 104,5443

6. Pentosan (C5H8O4) 683,9805 68,3980

7. Protein 115,1367 115,1367

8. Serat Kasar 786,5775 786,5775

9. Karbohidrat 1.268,4038 1.268,4038

10. Lemak 44,8387 44,8387

11. Abu 672,9608 672,9608

12. Asam Sulfat (H2SO4) 0,9360 0,9551

Jumlah

4.000,2607 0,9551 3.799,8914 295,6316 9,9182 3.045,0050 4.682,8642 378,7879

8.106,6570 8.106,6570

32

(45)

commit to user

34

2.4.2. Neraca Panas

Basis Perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kJ/jam

Total 4.396.530,8945 4.396.530,8945

Tabel 2.12 Neraca Panas pada Reaktor (R-01A)

Total 2.226.671,6596 2.226.671,6596

Tabel 2.13 Neraca Panas pada Reaktor (R-01B)

Total 1.671.356,3223 1.671.356,3223

Tabel 2.14 Neraca Panas pada Rotary drum vacuum filter (F-01)

Komponen Arus Masuk Arus Keluar

Q arus 6 4.394.150,3633 -

Q arus 7 6.194,6648 -

Q arus 8 - 9.266,8849

Q arus 9 - 3.512.248,0704

Panas yang hilang 878.830,0727 -

(46)

commit to user

Total 21.507.701,711 21.507.701,711

Tabel 2.16 Neraca Panas pada Dekanter (Dc-01)

Q arus 10 7.634.688,7716 -

Q arus 11 - 6.094.395,8743

Q arus 12 - 1.540.292,8973

Total 7.634.688,7716 7.634.688,7716

Total 3.010.656,3173 3.010.656,3173

Tabel 2.18 Neraca Panas pada Dekanter (Dc-02)

Q arus 14 3.010.656,3173 -

Q arus 15 - 1.548.751,1726

Q arus 16 - 1.461.905,1447

Total 3.010.656,3173 3.010.656,3173

Tabel 2.19 Neraca Panas pada Menara Disitilasi (MD-01)

Q umpan 389.938,554 -

Q kondenser - 1.921.366,269

Q pemanas 1.674.927,983 -

Q produk - 143.500,269

(47)

commit to user

36

2. 5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses

2.5.1 Lay Out Pabrik

Lay Out 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.

Menurut Vilbrant, 1959 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 lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan

panas dan dari bahan yang mudah meledak, juga jauh dari asap atau gas

beracun.

3. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah outdoor untuk menekan biaya

bangunan dan gedung, juga karena iklim Indonesia memungkinkan

konstruksi secara outdoor.

4. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian dan

pengaturan ruangan/lahan.

(48)

commit to user

37

a. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol

Daerah administrasi berfungsi sebagai pusat kegiatan administrasi pabrik dan

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 tempat bahan baku dan produk.

d. Daerah gudang, bengkel dan garasi

Merupakan daerah yang digunakan 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.

(49)

commit to user

38

(50)

commit to user

39

2.5.2 Lay Out Peralatan Proses

Lay out peralatan proses adalah tempat dimana alat - alat yang digunakan

dalam proses produksi. Tata letak peralatan proses pada prarancangan pabrik ini

dapat dilihat pada gambar II.4. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam

menentukan lay out peralatan proses pada pabrik furfural menurut Vilbrant, 1959,

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

Dalam perancangan lay out pabrik perlu diperhatikan agar pekerja dapat

(51)

commit to user

40

apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan

pekerja selama menjalani tugasnya juga diprioritaskan.

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.

Tata letak alat - alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga:

- Kelancaran proses produksi dapat terjamin dan Dapat mengefektifkan

luas lahan yang tersedia.

- Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan

produktifitas kerja disamping keamanan yang terjadi.

(52)

commit to user

41

Bc-01:Belt conveyor 01/02 M-01/02 : Mixer 01/02 T-02 : Tangki C7H8

CD-01 : Condenser 01 MD-01: Menara Distilasi 01 T-03 : Tangki C5H4O2

Dc-01/02 : Decanter 01/02 R-01A/B : Reaktor 01A/B

F-01 : Filter 01 R-02 : Reaktor 02

G-01 : Gudang 01 RB-01 : Reboiler 01

H-01 : Hopper 01 T-01 : Tangki H2SO4

HE-01/02/03/04 : Heat Exchanger 01/02/03/04

(53)

commit to user

42

BAB III

SPESIFIKASI ALAT PROSES

Spesifikasi alat proses terdiri dari mixer, reaktor RATB, reaktor RAP,

dekanter, tangki, dan menara distilasi. Alat–alat tersebut merupakan peralatan proses

dengan tugas masing-masing. Mixer (M-01) bertugas mencampurkan katalis asam

sulfat dengan air serta hasil recycle dari dekanter (Dc-01). Dekanter (Dc-01) bertugas

memisahkan asam sulfat dengan furfural. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB)

mempunyai tugas mereaksikan pentosan (C5H8O4) dan air dengan katalis asam sulfat

menjadi pentosa (C5H10O5). Reaktor alir pipa (RAP) bertugas mereaksikan pentosa

(C5H10O5) dengan katalis asam sulfat menjadi furfural (C5H4O2). Mixer (M-02)

bertugas mencampurkan produk furfural dengan toluena sebagai solvent. Dekanter

(Dc-02) bertugas memisahkan furfural dengan pengotornya (pentosa dan air). Menara

distilasi (MD-01) bertugas memurnikan produk furfural (C5H4O2) 99,5% sebagai

hasil bawah dengan toluena sebagai hasil atas yang kemudian akan digunakan

kembali sebagai solvent pada mixer (M-02). Selain fungsi masing-masing alat

tersebut akan disebutkan spesifikasi lain seperti jumlah, volume, kondisi operasi, dan

dimensi alat. Hal tersebut tercantum pada Tabel 3.1, Tabel 3.2, Tabel 3.4, selain dari

alat proses pada bab ini dapat pula dilihat spesifikasi alat penukar panas (heat

exchanger) tercantum pada Tabel 3.5 dan Tabel 3.6.Spesifikasi tangki penyimpanan

bahan baku dan tangki penyimpanan produk pada Tabel 3.3 dan spesifikasi pompa

(54)

commit to user

43

3.1 Reaktor 01

Kode : R-01 A/B

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan pentosa

Tipe : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)

Kondisi operasi

Bentuk head : Torisperichal dished head

Tebal head : 0,01 m (¼ in)

Tinggi head : 0,38 m

Jumlah reaktor : 2 buah

 Spesifikasi pengaduk dan pemanas

Tabel 3.1. Spesifikasi Pengaduk dan Pemanas pada Reaktor (R-01A/B)

(55)

commit to user

44

Nama Alat Reaktor

Kode R-01A R-01B

- Kecepatan, rpm 160,97 105,96

- Daya, Hp 48 6

b. Pemanas

- Media Steam Steam

- Jenis Jaket Jaket

- Tinggi , m 1,80 1,80

- Tebal , m 0,01 (¼ in) 0,01 (¼ in)

- Material Stainless Steel SA-167 Stainless Steel SA-167

3.2 Reaktor 02

Kode : R-02

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan furfural

Tipe : Reaktor Alir Pipa (RAP) Multitube horizontal

Kondisi operasi

- Tekanan : 68,901 bar

- Suhu : 230°C

Spesifikasi shell

- Diameter : 0,84 m

- Tebal : 0,04 m (1 ½ in)

- Material : Stainless steel SA-167

Spesifikasi tube

(56)

commit to user

45

- Tebal : 0,01 m (1/4 in)

- Pitch : 0,05 m

- Susunan : Square pitch

- Jumlah : 176

Bentuk head : Elliptical dished head

Tebal head : 0,01 m (¼ in)

Tinggi head : 0,42 m

Panjang total reaktor : 6,43 m

3.3 Menara Distilasi

Kode : MD-01

Fungsi : Memurnikan Furfural dari Toluena

Tipe : Sieve Tray

Jumlah plate : 18 buah

Plate umpan : di antara plate 9 dan 10

Kondisi operasi

- Suhu umpan : 111,6oC

- Suhu bottom : 159,9oC

- Suhu top : 106,5°C

Dimensi Menara

(57)

commit to user

46 - Tray spacing : 0,6 m

- Tebal

Bagian atas : 0,01 m

Bagian bawah : 0,01 m

- Material : Carbon steel SA 283 grade C

Bentuk head : Torispherical dished head

Tebal head

Bagian atas : 0,01 m

Bagian bawah : 0,01 m

Panjang head : 0,26 m

Tinggi menara : 16 m

3.4 Filter

Kode : F-01

Fungsi : Memisahkan produk pentosa dengan pengotornya

Tipe : Rotary Drum Vacuum Filter

Jumlah :1 buah

Kondisi operasi

- Suhu : 60,72°C

Diameter : 0,94 m

Panjang : 1,87 m

(58)

commit to user

47

Daya : 5 Hp

3.5 Condensor

Kode : CD-01

Fungsi : Mengkondensasikan hasil atas keluaran dari MD-01

Tipe : Double pipe

Jumlah :1 buah

Panjang : 3,7 m

Kondisi operasi :

- Hot fluid : 97,25°C - 98,05°C

- Cold fluid : 30°C - 45°C

Spesifikasi:

Annulus, hot fluid

- Kapasitas : 22.256,12 kg/jam

Inner pipe, cold fluid

- Kapasitas : 90,57 kg/jam

3.6 Reboiler

Kode : RB-01

(59)

commit to user

48

Tipe : Kettle reboiler

Panjang : 4,88 m

Kondisi operasi :

- Hot fluid : 232,22°C

- Cold fluid : 159,9°C

Spesifikasi:

Tube, hot fluid

- Material : Cast steel

- Jumlah : 14

- Panjang : 1,22 m

- Susunan : Square pitch

- OD tube : 2,03 m

Shell, cold fluid

- Material : Cast steel

- ID shell : 0,23

- Jarak baffle : 0,102

3.7 Akumulator

Kode : ACC-01

(60)

commit to user

49

Tipe : Horizontal drum dengan torispherical dished head

Material : Carbon steel SA 283 grade C

Kapasitas : 1,43 m3

Kondisi operasi

- Suhu : 106,55°C

Diameter : 0,84 m

Tinggi : 2,51 m

Tebal : 0,01 m (3/16 in)

3.8 Belt Conveyor

Kode : Bc-01

Fungsi :Mengangkut sekam padi dari G-01 menuju Cr-01

Tipe : Closed belt conveyor

Spesifikasi

- Kapasitas, kg/jam : 3.799,8914 kg/jam

- Lebar belt : 14 in

- Panjang belt : 9,14 m

(61)

commit to user

50

3.9 Dekanter

Tabel 3.2 Spesifikasi Alat Proses Dekanter

Nama alat Dekanter

Kode Dc-01 Dc-02

Fungsi Memisahkan furfural dengan

asam sulfat hasil keluaran R-02

Memisahkan 2 campuran

larutan hasil keluaran M-02

Tipe/jenis Horizontal Decanter Horizontal Decanter

Jumlah 1 1

Kondisi Operasi

P, bar 1,013 1,013

T, oC 100,31 103,20

t, detik 123,23 101,81

Bahan kontruksi Stainless steel SA 167 Carbon steel SA 283 C

Dimensi

Tabel 3.3 Spesifikasi Tangki

Nama alat Tangki

Kode T-01 T-02 T-03

Fungsi Menyimpan bahan

(62)

commit to user

51

Nama alat Tangki

Kode T-01 T-02 T-03

Tipe Silinder vertikal

dengan flat bottom

Material Carbon steel SA

(63)

commit to user

52

3.11 Mixer

Tabel 3.4 Spesifikasi Alat Proses Mixer

Nama alat Mixer

Kode M-01 M-02

Fungsi

Mencampurkan asam sulfat

dengan air serta hasil dari

recycle Dc-01

Mencampurkan furfural

dengan toluena sebagai

solvent

Tipe/jenis Tangki vertikal berpengaduk vertikal berpengaduk

Jumlah 1 1

Material Stainless steel SA 167 Carbon steel SA 283 C

Dimensi

Jenis pengaduk Turbin dengan 6 blade

dengan 4 baffle

Turbin dengan 6 blade

dengan 4 baffle

Diameter, m 0,46 0,80

(64)

commit to user

53

3.12 Heat Exchanger

Tabel 3.5. Spesifikasi alat penukar panas (Heat Exchanger Shell and Tube)

Nama Alat Heat Exchanger Shell and Tube

Kode HE-01 HE-02

Fungsi Memanaskan keluaran

filtrat (F-01) sebelum

Beban kerja, kJ/jam 9.520.453,36 1.610.257,25

(65)

commit to user

54

Tabel 3.6 Spesifikasi alat penukar panas (Heat Exchanger Double Pipe)

Nama Alat Heat Exchanger Double Pipe

Kode HE-03 HE-04

Beban kerja, kJ/jam 165.386,628 85.779,37

Spesifikasi Annulus

Carbon steel SA 283 grade C

Spesifikasi Inner pipe

(66)

commit to user

55

3.13 Pompa

Tabel 3.7 Spesifikasi Pompa Proses

Nama Alat Pompa

Kapasitas, Liter 325 22.320 28.000

Head pompa, m 1,5 2 2,75

Bahan konstruksi Steinless steel Comercial steel Steinless steel

Pipa :

Diameter , in 1 5 3,5

(67)

commit to user

Kapasitas, Liter 31.220 26.000 53.000

Head pompa, m 2,25 2,25 1

Bahan konstruksi Steinless steel Steinless steel Steinless steel

Pipa :

Nominal, in 4 4 5

(68)

commit to user

Kapasitas, Liter 20.000 11.600 26.000

Head pompa, m 1 2,25 8,75

Bahan konstruksi Steinless steel Comercial steel Comercial steel

Pipa :

Nominal 4 2,5 3,5

(69)

commit to user

Kapasitas, Liter 40.000 29.000 29.000

Head pompa, m 2,75 8 5,1

Bahan kontruksi Comercial steel Comercial steel Comercial steel

Pipa:

Nominal 5 4 2,5

(70)

commit to user

59 Lanjutan Tabel 3.7

Nama Alat Pompa

Kode P-13

Fungsi Mengalirkan produk furfural

dari MD-01 menuju T-03

Tipe Single stage sentrifugal pump

Kapasitas, Liter 8.400

Head pompa, m 3,75

Power motor, Hp 0,5

Voltase, Volt

Ampere, A

Frekuensi, Hz

220

2

60

Bahan kontruksi Comercial steel

Pipa :

Nominal, in 0,75

(71)

commit to user

60

BAB IV

UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM

4.1 Unit Pendukung Proses

Unit pendukung proses atau utilitas merupakan bagian penting untuk

penunjang proses produksi dalam pabrik. Utilitas di pabrik furfural meliputi unit

penyediaan dan pengolahan air, unit penyediaan steam dan bahan bakar, unit

penyediaan udara instrument, unit pembangkit dan pendistribusian listrik dan unit

pengolahan limbah.

4.1.1 Unit Penyediaan dan Pengolahan Air

Dalam perencanaan pabrik furfural ini, sumber air yang digunakan berasal

dari air sungai Donan, Jawa Tengah. Pertimbangan penggunaan air sungai sebagai

sumber untuk mendapatkan air karena air sungai adalah sumber air yang

kontinuitasnya relatif tinggi, sehingga kendala kekurangan air dapat dihindari,

pengolahan air sungai relatif lebih mudah, sederhana, dan biaya pengolahan relatif

murah dibandingkan dengan proses pengolahan air laut (lebih rumit dan biaya

pengolahannya lebih besar). Unit penyediaan dan pengolahan air berfungsi untuk

penyediaan dan pengolahan air meliputi air pendingin, air proses, air umpan boiler,

(72)

commit to user

61

4.1.1.1 Air Pendingin dan Air Proses

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pengolahan air sungai sebagai

pendingin adalah partikel-partikel yang terdapat dalam air sungai yang dapat

menyebabkan fouling pada alat-alat proses, kesadahan (hardness) yang dapat

menyebabkan kerak, sifat dari alat proses mengandung besi yang dapat

menimbulkan korosi.

Air yang digunakan pada suatu pabrik dapat digunakan setelah mengolah air

terlebih dahulu agar memenuhi syarat untuk digunakan. Tahapan-tahapan pengolahan

air meliputi penyaringan, pengendapan secara fisis, pengendapan secara kimia, unit

pengolahan air untuk perumahan dan perkantoran, serta unit pengolahan air untuk

umpan boiler.

Penyaringan air difungsikan untuk mencegah terikutnya kotoran berukuran

besar yang masuk kedalan bak pengendapan awal. Pengendapan secara fisis

dilakukan setelah penyaringan. Air dari sungai setelah disaring menggunakan filter

kemudiaan dialirkan ke bak penampungan atau pengendapan awal. Level control

system yang terdapat di bak penampung berfungsi untuk mengatur aliran masuk

sehingga sesuai dengan keperluan pabrik.

Dalam bak pengendapan awal kotoran-kotoran akan mengendap karena gaya

berat. Waktu tinggal dalam bak ini berkisar 4-8 jam. Selanjutnya dilakukan

(73)

commit to user

62

dan diendapkan dalam bak penggumpal dengan menambahkan bahan-bahan kimia,

alumunium sulphat . Dalam pembentukan koagulan waktu yang diperlukan antara 3-4

jam. Kotoran yang telah mengendap di blow down, sedangkan air yang keluar dari

bagian atas dialirkan ke sand filter atau bak saringan pasir. Air dari tangki penyaring

air ini digunakan langsung untuk make up air pendingin. Sedangkan air untuk

perkantoran, pabrik dan air umpan boiler perlu diolah lebih dahulu.

Air dari unit pengolahan air untuk perumahan dan perkantoran digunakan

untuk keperluan sehari-hari. Air dari tangki penyaring dialirkan ke tangki

penampung. Selanjutnya air disuntikkan gas klorin dengan tujuan membunuh kuman

sebelum ditampung dalam bak penampung air bersih dan dapat digunakan untuk

keperluan sehari-hari di kantor dan pabrik. Air proses digunakan sebagai media

pengenceran dan filter untuk kebutuhan proses dapat dilihat pada table 4.1 dan Air

pendingin digunakan sebagai fluida dingin pada heat exchanger dan cooling tower

dapat dilihat dari table 4.2.

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Proses

No. Kode Alat Nama Alat Kebutuhan (kg/jam)

1 M-01 Mixer-01 22.799.349

2 F-01 Filter-01 295,632

(74)

commit to user

63

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Pendingin

No. Kode Alat Kebutuhan (kg/jam)

1 HE-02 10.084,47

2 HE-04 2.515,42

4 CD-01 25.266,12

5 CT 919

Total 38.785,011

Diperkirakan air yang hilang sebesar 10% sehingga kebutuhan make-up air

untuk pendingin adalah 3.878,5 kg/jam.

4.1.1.2 Air Umpan Boiler

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam penanganan air umpan boiler

adalah kandungan yang dapat menyebabkan korosi di dalam boiler disebabkan karena

air mengandung larutan-larutan asam dan gas-gas yang terlarut seperti O2, CO2, H2S,

pembentukan kerak (scale forming) disebabkan karena adanya kesadahan dan suhu

tinggi dan kandungan yang dapat menyebabkan pembusaan (foaming) karena adanya

zat-zat organik, anargonik, dan zat-zat yang tidak larut dalam jumlah besar, efek

pembusaan terjadi pada alkalinitas tinggi.

Tahapan pengolahan air agar dapat digunakan sebagai air umpan boiler

meliputi:

1. Tahap pengolahan air sungai

Air umpan boiler yang digunakan berasal dari air sungai dimana pengolahan

(75)

commit to user

64 2. Kation Exchanger

Kation exchanger berfungsi untuk mengikat ion-ion positif yang terlarut dalam

air lunak. Kemungkinan jenis kation yang ada adalah Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+

dan Al3+. Alat ini berupa silinder tegak yang berisi tumpukan butir-butir resin

penukar ion.

3. Anion Exchanger

Alat ini hampir sama dengan kation exchanger namun memiliki fungsi yang

berbeda yaitu mengikat ion-ion negatif yang ada dalam air lunak. Kemungkinan

jenis anion yang ada adalah HCO3-, CO32-, Cl- dan SiO32-.

4. Deaerasi

Unit deaerator berfungsi menghilangkan gas seperti O2, CO2, H2S. Di dalam

deaerator diinjeksikan bahan-bahan kimia, bahan tersebut adalah Hidrazin

berfungsi mengikat oksigen berdasarkan reaksi berikut (IV-1). Nitrogen sebagai

hasil reaksi bersama-sama dengan gas lain seperti CO2 dihilangkan melalui

stripping dengan uap air bertekanan rendah.

N2H4 + O2→ 2H2O + N2………..………..(4-1)

Larutan ammonia berfungsi mengontrol pH air yang keluar dari deaerator,

pH-nya sekitar 8,5-9,5 keluar dari deaerator, ke dalam air umpan ketel kemudian

diinjeksikan larutan fosfat (Na3PO4H2O) untuk pencegahan terbentuknya kerak

silika dan kalsium pada steam drum dan tube boiler. Unit pendingin, air

(76)

commit to user

65

yang telah digunakan dalam pabrik yang kemudian didinginkan pada cooling

tower. Kehilangan air karena penguapan, terbawa tetesan oleh udara maupun

dilakukannya blow down di cooling tower diganti dengan air yang disediakan

oleh tangki penyaring air. Air pendingin harus mempunyai sifat-sifat yang tidak

korosif, tidak menimbulkan kerak dan tidak mengandung mikroorganisme yang

dapat menimbulkan lumut. Masalah-masalah tersebut diatasi dengan cara

menginjeksikan bahan-bahan kimia ke dalam air pendingin. Bahan kimia yang

diinjeksikan berupa hidrazin berguna mencegah timbulnya kerak dan klorin

berguna membunuh mikroorganisme. Skema gambar pengolahan air sungai

terlihat pada gambar 4.1.

(77)

commit to user

66

Tabel 4.3 Kebutuhan Air Boiler

No. Kode Alat Kebutuhan (kg/jam)

1 B-01 9.671,35

Total 9.671,35

Untuk menjaga adanya kemungkinan kebocoran steam dilebihkan sebesar

20% sehingga kebutuhan make-up air boiler adalah 1.934,28 kg/jam.

4.1.1.3. Air Konsumsi Umum dan Sanitasi

Air ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan air minum, laboratorium,

kantor, perumahan, dan pertamanan. Syarat air sanitasi meliputi syarat fisik berupa

suhu normal, warna jernih, tidak berasa dan tidak berbau, syarat kimia berupa tidak

mengandung zat organik maupun anorganik, tidak beracun, serta syarat bakteriologi

yaitu tidak mengandung bakteri, terutama bakteri pathogen.

Tabel 4.4 Kebutuhun Air Konsumsi dan Sanitasi

No. Keterangan Kebutuhan (kg/hari)

1 Air untuk karyawan kantor 4.000

2 Air untuk laboratorium 2.400

3 Kantin 2.100

4 Air untuk kebersihan, taman, dll 815

5 Air Poliklinik 800

Total 10.150

Total kebutuhan air untuk konsumsi dan sanitasi adalah 10.150 kg/hari atau

(78)

commit to user

67

Tabel 4.5 Kebutuhan Total Air Sungai

Komponen Jumlah kebutuhan

Jumlah kebutuhan air keseluruhan adalah 73.795,17 kg/jam. Untuk keperluan

keamanan dalam ketersediaan air, diambil over design sebasar 20%. Maka Total

kebutuhan air sungai sebesar 88.554,20 kg/jam.

Tabel 4.6. Spesifikasi cooling tower

Spesifikasi Keterangan

Tipe Inducted draft cooling tower

Jumlah 1 buah

Cooling tower area 5,01 m2

Daya motor fan 2 Hp

4.1.2 Unit Pengadaan Steam

Air yang digunakan sebagai media pemanas alat-alat proses seperti heat

exchanger dan reboiler dicukupi oleh sebuah boiler. Jumlah steam yang dibutuhkan