TUGAS AKHIR - Prarancangan Pabrik Asam Sulfat Dengan Proses Kontak Absorpsi Ganda Kapasitas 100.000 Ton/Tahun

(1)

commit to user

i

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK ASAM SULFAT

DENGAN PROSES KONTAK ABSORPSI GANDA

KAPASITAS 100.000 TON/TAHUN

Disusun Oleh :

1. Yesi Novitasari ( I 0507015 )

2. Nur Halimah Murdiyati ( I 0507049 )

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

ii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK ASAM SULFAT

DENGAN PROSES KONTAK ABSORPSI GANDA

KAPASITAS 100.000 TON/TAHUN

Oleh :

Yesi Novitasari I 0507015

Nur Halimah Murdiyati I 0507049

Pembimbing II Pembimbing I

Inayati, S.T., M.T., Ph.D Bregas S. T. Sembodo, S.T., M.T.

NIP. 19710829 199903 2 001 NIP. 19711206 199903 1 002

Dipertahankan di depan tim penguji :

1. Dr. Margono, S.T., M.T 1. ………

NIP. 19681 107 199702 1 001

2. Ir. Arif Jumari, M. Sc. 2. ……….

NIP. 19650315 199702 1 001

Disahkan

Ketua Jurusan Teknik Kimia

Dr. Sunu H. Pranolo

(3)

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 Asam Sulfat dengan Proses Kontak Absorpsi Ganda

Kapasitas 100.000 Ton/Tahun” ini.

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. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat

yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.

2. Bregas S. T. Sembodo, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan

Inayati, S.T., M.T., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan

dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.

3. Ir. Endang Mastuti W. dan Inayati, S.T., M.T., Ph.D., selaku Pembimbing

Akademik.

4. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS.

5. Ir. Arif Jumari, M. Sc. Dan Margono, S.T. M. T. selaku Dosen Penguji

dalam ujian pendadaran tugas akhir.

6. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya.

7. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan 07.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh

karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang

membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan

pembaca sekalian.

Surakarta, Januari 2012

(4)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

iv

DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Lembar Pengesahan ... ii

Kata Pengantar ... iii

Daftar Isi ... iv

Daftar Tabel ... ix

Daftar Gambar ... xii

Intisari ... xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1

1.2 Kapasitas Perancangan ... 2

1.2.1 Data Impor Asam Sulfat ... 2

1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ... 3

1.2.3 Kapasitas Pabrik yang Menguntungkan ... 4

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ... 4

1.4 Tinjauan Pustaka ... 6

1.4.1 Macam-macam Proses ... 6

1.4.2 Kegunaan Produk ... 9

1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ... 10

1.4.3.1 Bahan Baku ... 10

1.4.3.2 Produk... 14

(5)

commit to user

v BAB II DESKRIPSI PROSES

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 16

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku Sulfur ... 16

2.1.2 Spesifikasi Produk ... 17

2.1.3 Spesifikasi Bahan Pembantu (Katalis) . ... 17

2.2 Konsep Proses ... 18

2.2.1 Sifat Reaksi ... 18

2.2.2 Mekanisme Reaksi. ... 24

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 25

2.3.1 Diagram Alir Proses ... 25

2.3.2 Langkah Proses ... 30

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 33

2.4.1 Neraca Massa ... 33

2.4.2 Neraca Panas ... 42

2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ... 50

2.5.1 Lay Out Pabrik ... 50

2.5.2 Lay Out Peralatan Proses ... 53

BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES 3.1 Tangki ... 55

3.2 Melter ... 56

3.3 Burner ... 57

(6)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

vi

3.5 Absorber ... 59

3.6 Menara Pengering ... 60

3.7 Tangki Pengencer ... 61

3.8 Cyclones ... 62

3.9 Gudang . ... 63

3.10 Belt Conveyor . ... 64

3.11 Hopper . ... 65

3.12 Waste Heat Boiler ... 66

3.13 Economizer ... 67

3.14 Heat Exchanger ... 68

3.15 Pompa ... 73

3.16 Blower ... 75

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 4.1 Unit Pendukung Proses ... 76

4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 77

4.1.1.1 Air Pendingin dan Air Proses ... 77

4.1.1.2 Air Umpan Waste Heat Boiler dan Economizer.. 79

4.1.1.3 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi... 82

4.1.1.4 Pengolahan Air dari Sungai Brantas ... 84

4.1.2 Unit Pengadaan Udara Tekan ... 86

4.1.3 Unit Pengadaan Listrik ... 86

4.1.3.1 Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas ... 87

(7)

commit to user

vii

4.1.3.3 Listrik untuk AC ... 91

4.1.3.4 Listrik untuk Laboratorium dan Instrumentasi .. 91

4.1.4 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 92

4.2 Laboratorium ... 93

4.2.1 Laboratorium Fisik ... 95

4.2.2 Laboratorium Analitik ... 95

4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 96

4.2.4 Prosedur Analisa Bahan Baku dan Produk Utama ... 96

4.2.5 Prosedur Analisa Proses ... 97

4.2.6 Prosedur Analisa Air ... 98

4.3 Unit Pengolahan Limbah ... 99

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1 Bentuk Perusahaan ... 104

5.2 Struktur Organisasi ... 105

5.3 Tugas dan Wewenang ... 110

5.3.1 Pemegang Saham ... 110

5.3.2 Dewan Komisaris ... 110

5.3.3 Dewan Direksi ... 111

5.3.4 Staf Ahli ... 112

5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ... 112

5.3.6 Kepala Bagian ... 113

5.3.7 Kepala Seksi ... 116

(8)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

viii

5.4.1 Karyawan Non Shift ... 117

5.4.2 Karyawan Shift ... 117

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 119

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ... 120

5.6.1 Penggolongan Jabatan ... 120

5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ... 120

5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 123

BAB VI ANALISA EKONOMI 6.1 Penaksiran Harga Peralatan ... 126

6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 128

6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ... 129

6.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) ... 130

6.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost) ... 131

6.3.1 Manufacturing Cost ... 131

6.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) ... 131

6.3.1.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) ... 131

6.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) ... 132

6.3.2 General Expense (GE) ... 132

6.4 Keuntungan Produksi ... 133

6.5 Analisis Kelayakan... 133

Daftar Pustaka ... xiv

(9)

commit to user

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Impor Asam Sulfat Tahun 2006-2010 ... 2

Tabel 1.2 Perbandingan Proses Kontak dan Proses Kamar Timbal ... 9

Tabel 2.1 Neraca Massa Melter (M-01) ... 34

Tabel 2.2 Neraca Massa Burner (B-01)... 34

Tabel 2.3 Neraca Massa Cyclones (C-01) ... 35

Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor Bed I (R-01) ... 35

Tabel 2.5 Neraca Massa Reaktor Bed II (R-01) ... 36

Tabel 2.6 Neraca Massa Reaktor Bed III (R-01) ... 36

Tabel 2.7 Neraca Massa Absorber (AB-01) ... 37

Tabel 2.8 Neraca Massa Tangki Pengencer (TP-01) ... 37

Tabel 2.9 Neraca Massa Reaktor Bed IV (R-01)... 38

Tabel 2.10 Neraca Massa Absorber (AB-02) ... 38

Tabel 2.11 Neraca Massa Tangki Pengencer (TP-02) ... 39

Tabel 2.12 Neraca Massa Menara Pengering (MP-01) ... 39

Tabel 2.13 Neraca Massa Tee (TE-01)... 40

Tabel 2.16 Neraca Massa Total ... 41

Tabel 2.17 Neraca Panas Melter (M-01) ... 42

Tabel 2.18 Neraca Panas Burner (B-01) ... 42

(10)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

x

Tabel 2.20 Neraca Panas Cyclones (CN-01) ... 43

Tabel 2.21 Neraca Panas Reaktor (R-01) ... 44

Tabel 2.22 Neraca Panas Absorber (AB-01) ... 45

Tabel 2.23 Neraca Panas Tangki Pengencer (TP-01) ... 46

Tabel 2.24 Neraca Panas Absorber (AB-02) ... 47

Tabel 2.25 Neraca Panas Tangki Pengencer (TP-02) ... 47

Tabel 2.26 Neraca Panas Total ... 48

Tabel 3.1 Spesifikasi Tangki ... 55

Tabel 3.2 Spesifikasi Melter ... 56

Tabel 3.3 Spesifikasi Burner ... 57

Tabel 3.4 Spesifikasi Reaktor ... 58

Tabel 3.5 Spesifikasi Absorber ... 59

Tabel 3.6 Spesifikasi Menara Pengering ... 60

Tabel 3.7 Spesifikasi Tangki Pengencer ... 61

Tabel 3.8 Spesifikasi Cyclones ... 62

Tabel 3.9 Spesifikasi Gudang ... 63

Tabel 3.10 Spesifikasi Belt Conveyor ... 64

Tabel 3.11 Spesifikasi Hopper ... 65

Tabel 3.12 Spesifikasi Waste Heat Boiler ... 66

Tabel 3.13 Spesifikasi Economizer ... 67

Tabel 3.14 Spesifikasi Heat Exchanger ... 68

Tabel 3.15 Spesifikasi Pompa... 73

(11)

commit to user

xi

Tabel 4.1 Kebutuhan Air Proses ... 78

Tabel 4.2 Kebutuhan Air Pendingin... 78

Tabel 4.3 Kebutuhan Air Umpan Waste Heat Boiler dan Economizer ... 80

Tabel 4.4 Kebutuhan Air Konsumsi dan Sanitasi ... 83

Tabel 4.5 Kebutuhan Total Air Sungai ... 84

Tabel 4.6 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas... 87

Tabel 4.7 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan ... 89

Tabel 4.8 Total Kebutuhan Listrik Pabrik ... 91

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift ... 118

Tabel 5.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatan... 120

Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ... 122

Tabel 6.1 Indeks Harga Alat ... 126

Tabel 6.2 Modal Tetap ... 129

Tabel 6.3 Modal Kerja ... 130

Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost ... 131

Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost ... 131

Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost ... 132

Tabel 6.7 General Expense ... 132

(12)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik Impor Asam Sulfat di Indonesia ... 3

Gambar 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik ... 6

Gambar 2.1 Diagram Alir Proses ... 26

Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif ... 27

Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif ... 28

Gambar 2.4 Lay Out Pabrik ... 51

Gambar 2.5 Lay Out Peralatan Proses ... 54

Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air Sungai Brantas ... 85

Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Asam Sulfat ... 109

Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ... 127

(13)

commit to user

xiii

INTISARI

Yesi Novitasari dan Nur Halimah Murdiyati, 2012, Prarancangan Pabrik Asam Sulfat dengan Proses Kontak Absorpsi Ganda Kapasitas 100.000 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Asam sulfat sering dimanfaatkan sebagai bahan utama dalam pembuatan pupuk, industri pulp dan kertas. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik asam sulfat dengan kapasitas 100.000 ton/tahun dengan bahan baku sulfur 32.353 ton/tahun pada 30oC dan tekanan 1 atm. Dengan memperhatikan beberapa faktor, seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, serta utilitas, maka lokasi pabrik yang cukup strategis adalah di Kawasan Industri Gresik, Jawa Timur.

Peralatan proses yang ada antara lain melter, burner, reaktor, absorber, menara pengering, tangki pengencer, cyclones, waste heat boiler, economizer, heat exchanger, blower dan pompa. Asam sulfat dihasilkan dari reaksi oksidasi sulfur dioksida dalam Reaktor Fixed Bed Multibed pada kondisi non isotermal adiabatik pada suhu 420-600oC dan tekanan 1 atm dengan konversi yang diperoleh sebesar 99,7%. Reaksi berlangsung secara eksotermis, sehingga diperlukan pendingin di setiap hasil keluaran bed. Hasil dari reaktor akan diabsorpsi oleh H2SO4 98,5% sehingga dihasilkan H2SO4 99,9% untuk kemudian diencerkan dalam tangki pengencer sehingga diperoleh asam sulfat 98,5%

Utilitas terdiri dari unit penyediaan air sebagai pendingin, air proses maupun keperluan umum, tenaga listrik, penyediaan udara tekan, penyediaan bahan bakar, dan unit pengolahan limbah. Terdapat tiga laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik dan laboratorium penelitian dan pengembangan, untuk menjaga kualitas 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.

(14)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

1

Prarancangan Pabrik Asam Sulfat dengan Proses Kontak Absorpsi Ganda Kapasitas 100.000 Ton/Tahun

Bab I Pendahuluan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik

Perkembangan industri kimia di Indonesia cenderung mengalami

peningkatan setiap tahunnya baik secara kuantitas maupun kualitasnya sejalan

dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Hal tersebut

menyebabkan kebutuhan akan bahan baku maupun bahan penunjang akan

meningkat pula.

Asam sulfat merupakan salah satu bahan penunjang yang sangat penting

dan banyak dibutuhkan industri kimia. Kegunaan utama (60% dari total produksi

di seluruh dunia) asam sulfat adalah dalam produksi asam fosfat, yang digunakan

untuk membuat pupuk fosfat, pengolahan minyak bumi, farmasi, kertas dan pulp.

Mengingat arti pentingnya asam sulfat, maka kebutuhan negara dapat dijadikan

tolak ukur kemajuan industri negara tersebut.

Proyek kebutuhan asam sulfat dalam negeri semakin meningkat seiring

dengan peningkatan industri-industri yang memakainya. Oleh karena itu,

dikarenakan pada saat ini pabrik yang memproduksi asam sulfat di Indonesia

masih sedikit, sehingga pendirian pabrik asam sulfat ini diharapkan bisa

mengantisipasi permintaan dalam negeri dan mengurangi ketergantungan asam

sulfat dari negara-negara importir.

(15)

commit to user

Bab I Pendahuluan

Selain alasan-alasan diatas, pendirian pabrik ini juga didasarkan pada

hal-hal berikut :

1. Terciptanya lapangan kerja baru, yang berarti turut serta dalam usaha

mengurangi pengangguran.

2. Pendirian pabrik asam sulfat diharapkan akan mendorong berdirinya industri

hilir yang menggunakan asam sulfat sebagai bahan baku dan bahan

penunjang, sehingga akan mendorong perkembangan industri di Indonesia.

3. Dapat menghemat devisa negara, dengan adanya pabrik asam sulfat di dalam

negeri, maka impor dapat dikurangi dan jika berlebih bisa diekspor.

1.2 Kapasitas Perancangan

Dalam menentukan kapasitas perancangan perlu dipertimbangkan hal-hal

sebagai berikut :

1.2.1 Data Impor Asam Sulfat

Permintaan asam sulfat di Indonesia dalam lima tahun terakhir relatif tidak

konstan tergantung kebutuhan pabrik di Indonesia. Kebutuhan tersebut dapat

dilihat dalam tabel di bawah ini :

Tabel 1.1 Data Impor Asam Sulfat Tahun 2006 – 2010

No Tahun Jumlah (Ton)

1 2006 21.913

2 2007 98.095

3 2008 66.911

4 2009 95.445

5 2010 110.617

(16)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

3

Bab I Pendahuluan

Gambar 1.1 Grafik Impor Asam Sulfat di Indonesia

Dengan menggunakan metode least square kebutuhan impor (ton/tahun)

asam sulfat ditentukan dengan persamaan :

y = 17.475,81x – 35.012.828,51

Keterangan: x = tahun

y = kapasitas (ton/tahun)

Pabrik direncanakan berdiri tahun 2016 sehingga dapat diprediksikan kebutuhan

impor asam sulfat di Indonesia sebesar 218.405 ton.

1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku pembuatan asam sulfat yaitu sulfur, diperoleh melalui impor

dari supplier asal RRC yang diharapkan kebutuhan bahan baku dapat dipenuhi

(17)

commit to user

Bab I Pendahuluan

1.2.3 Kapasitas Pabrik yang Menguntungkan

Untuk memproduksi asam sulfat harus diperhitungkan juga kapasitas

produksi yang menguntungkan. Pabrik yang memproduksi asam sulfat di

Indonesia yaitu :

1. PT. Indonesian Acid Industry, kapasitas produksi 82.500 ton/tahun.

2. PT. Petrokimia Gresik, kapasitas produksi 50.000 ton/tahun.

3. PT. Smelting, kapasitas produksi 92.000 ton/tahun.

Dapat diketahui kapasitas produksi minimal yang menguntungkan sebesar

50.000 ton/tahun. Sedangkan di dalam negeri masih membutuhan asam sulfat

sebesar 218.405 ton/tahun. Maka ditetapkan bahwa kapasitas pabrik asam sebesar

100.000 ton/tahun, sehingga diharapkan :

1. Dapat menyuplai kebutuhan dalam negeri.

2. Dapat memberikan keuntungan karena kapasitas rancangan berada diatas

kapasitas terkecil pabrik yang ada di Indonesia.

3. Dapat merangsang berdirinya industri-industri lainnya yang menggunakan

bahan baku asam sulfat.

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik

Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh yang sangat besar

terhadap keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam

menentukan lokasi pabrik antara lain, penyediaan bahan baku, pemasaran

(18)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

5

Bab I Pendahuluan

pabrik asam sulfat ini dipilih di Gresik, Jawa T imur dengan pertimbangan sbb :

1. Penyediaaan Bahan Baku

Sulfur sebagai bahan baku pembuatan asam sulfat diperoleh dengan cara

impor dari RRC. Orientasi pemilihan ditekankan pada jarak lokasi pelabuhan

dengan pabrik cukup dekat sehingga mempermudah transportasi bahan baku.

2. Letak Pabrik dengan Daerah Pemasaran

Pabrik asam sulfat terutama ditujukan untuk memenuhi kebutuhan dalam

negeri, maka lokasi pabrik harus terletak dengan lokasi yang memudahkan

distribusi produk ke pasar. Target penjualan utama adalah Petrokimia Gresik

yang mana membutuhkan asam sulfat untuk memproduksi pupuk fosfat.

3. Sarana Transportasi

Kota Gresik memiliki sarana transportasi darat yang memadai, karena berada

di jalur pantura, yang menghubungkan kota-kota besar di Jawa Timur.

Pengiriman produk ke daerah pemasaran tidak mengalami masalah. Gresik

juga merupakan tempat yang tepat untuk sarana transportasi laut, karena

letaknya di pesisir pantai pulau Jawa sehingga memiliki pelabuhan laut yang

memadai untuk sarana transportasi bahan baku sulfur ke pabrik serta

pemasaran lewat laut untuk antar pulau.

4. Ketersediaan Tenaga Kerja

Kawasan industri Gresik terletak di daerah Jawa Timur yang syarat dengan

lembaga pendidikan formal maupun non formal dimana banyak dihasilkan

tenaga kerja ahli maupun non ahli, sehingga tenaga kerja mudah

(19)

commit to user

Bab I Pendahuluan

5. Utilitas

Dalam hal penyediaan air, Gresik dekat dengan sungai Brantas sehingga

kebutuhan air untuk pabrik terpenuhi serta air minum karyawan terpenuhi.

Sedangkan untuk kebutuhan listrik didapatkan dari PLN dan generator

sebagai cadangan apabila listrik dari PLN mengalami gangguan dan bahan

bakar diperoleh dari Pertamina.

Gambar 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik

1.4 Tinjauan Pustaka

1.4.1 Macam-Macam Proses

Proses pembuatan asam sulfat ada 2, yaitu :

1. Proses Kamar Timbal (Pb)

Pada tahun 1746, Roebuck dari Birmingham Inggris, memperkenalkan

(20)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

7

Bab I Pendahuluan

dengan gas-gas dari menara Gay Lussac, gas yang keluar dari menara Glover

dimasukkan ke dalam kamar timbal dan disemprotkan dengan air sehingga

menghasilkan asam sulfat 60 - 67%. Hasil ini sebagian dikembalikan ke menara

Glover yang akan menghasilkan asam 77%. Asam ini sebagian dimasukkan ke

dalam menara Gay Lussac untuk menyerap gas-gas NO dan NO2 (katalisator).

Gas yang terserap ini dimasukkan kembali ke menara Glover kamar timbal

berbentuk silindris volumenya cukup luas. Permukaan dalamnya dilapisi timbal

tipis dan disekat-sekat agar panas dapat ditransfer dengan baik, dinding bagian

luar diberi sirip-sirip. Sehingga di dalam menara ini terjadi pengembunan uap

asam sulfat. Menara Gay Lussac berfungsi untuk memungut kembali katalisator

gas NO dan NO2 di kamar timbal dengan menggunakan asam sulfat 77%.

Penyerapan dilakukan pada suhu rendah antara 40-60°C. Menara Glover

bertugas memekatkan hasil asam sulfat dari kamar timbal. Pemekatan panas ini

perlu panas dan ini dapat diambil dari panas yang dibawa GHP (gas hasil

pembakaran) belerang (400-600°C).

(Austin, 1967)

2. Proses Kontak

Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh Peregrine

Philips, seorang negarawan Inggris, yang patennya mencakup aspek-aspek

penting dari proses kontak yang modern, yaitu dengan melewatkan campuran

sulfur dioksida dan udara melalui katalis kemudian diikuti dengan absorpsi sulfur

(21)

commit to user

Bab I Pendahuluan

Pada tahun 1889 diketahui bahwa proses kontak dapat ditingkatkan

dengan menggunakan oksigen berlebihan di dalam campuran gas reaksi. Proses

kontak sekarang telah banyak mengalami penyempurnaan dalam rinciannya dan

dewasa ini telah menjadi suatu proses industri yang murah, kontinyu dan

dikendalikan otomatis.

Sampai tahun 1900, belum ada pabrik dengan proses kontak yang

dibangun di Eropa, di mana terdapat kebutuhan terhadap oleum dan asam

konsentrasi tinggi untuk digunakan pada sulfonasi, terutama pada industri zat

warna. Dalam periode 1900 sampai 1925, banyak pabrik asam sulfat dengan

proses kontak telah dapat bersaing dengan proses kamar timbal pada segala

konsentrasi asam yang dihasilkan. Sejak pertengahan tahun 1920-an, kebanyakan

fasilitas yang baru dibangun dengan menggunakan proses kontak dengan katalis

heterogen biasanya berupa zat padat, antara lain Pt, V2O5 dan Fe2O3. Katalis ini

berpori-pori sehingga cocok untuk pembuatan asam sulfat, karena memiliki

bidang kontak yang besar. Udara yang digunakan untuk membakar belerang

dibersihkan dahulu dengan asam sulfat dalam menara absorber, hasil pembakaran

dibersihkan dalam Waste Heat Boiler kemudian dimasukkan ke dalam converter

bersama O2, gas hasil converter atau reaktor dimasukkan ke dalam menara

penyerap atau absorber. Penyerap yang digunakan adalah asam sulfat 98,5%.

(22)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

9

Bab I Pendahuluan

Tabel 1.2 Perbandingan Proses Kontak dan Proses Kamar Timbal

Keterangan Proses kontak Proses kamar timbal

Konversi 98,5 – 99 % 77 – 79%

Biaya produksi Rendah Tinggi

Kualitas produk Lebih pekat Kurang pekat

Proses produksi

Satu kali proses dalam

meningkatkan

konsentrasi asam

Dua kali proses dalam

meningkatkan

konsentrasi asam

Katalis Vanadium Pentoksida NO dan NO2

Setelah dibandingkan, maka untuk perancangan pabrik asam sulfat ini dipilih

proses kontak dengan pertimbangan :

1. Konversi yang tinggi dan kualitas produk lebih pekat.

2. Biaya produksi lebih murah.

3. Umur katalis dapat mencapai 10 tahun dalam pemakaian normal.

4. Proses produksi satu kali proses dalam meningkatkan konsentrasi asam.

1.4.2 Kegunaan Produk

Di bidang industri, asam sulfat merupakan produk kimia yang banyak

(23)

commit to user

Bab I Pendahuluan

1. Industri pupuk

2. Industri pengolahan air

3. Industri metalurgi

4. Petrokimia

5. Industri kimia

6. Industri pulp dan kertas

(www.sulphuric-acid.com)

1.4.3 Sifat-Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk

1.4.3.1 Bahan Baku

a. Sulfur

Sifat Fisika :

Rumus molekul : S

Titik didih pada 1 atm , oC : 444,6

Titik lebur pada 1 atm , oC : 120

Specific gravity : 2,046

(Perry, 2008)

Sifat Kimia :

1. Dengan udara membentuk sulfur dioksida.

Reaksi : S + O2 SO2 ... (I - 1)

2. Dengan asam klorida dan katalis Fe akan menghasilkan hidrogen

(24)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

11

Bab I Pendahuluan

b. Udara

Sifat Fisika :

Sifat Gas N2 O2

Berat molekul 28,01 32

Kenampakan

Gas

Tidak berbau

Tidak berwarna

Gas

Tidak berbau

Tidak berwarna

Titik Lebur (1 atm, oC) -209,86 -218, 4

Titik Didih (1 atm, oC) -195,8 -183

Specific gravity 1,026 1,71

(Perry,2008)

c. Air Proses

Sifat Fisika :

Rumus molekul : H2O

Berat molekul, g/gmol : 18,02

Titik didih pada 1 atm , oC : 100

Titik lebur pada 1 atm , oC : 0

Specific gravity : 1

(25)

commit to user

Bab I Pendahuluan

Sifat Kimia :

1. Merupakan pelarut yang baik

2. Dapat terurai menjadi unsur-unsur penyusunnya dengan proses

elektrolisis.

d. Sulfur Dioksida

Sifat Fisika :

Rumus molekul : SO2

Titik didih, ºC : -75,5

Titik lebur, ºC : -10

(Perry,2008)

Sifat Kimia :

1. Dengan klorin dan air membentuk asam klorida dan asam lainnya.

Reaksi : Cl2 + 2H2O + SO2 2HCl + H2SO4 ... (I - 2)

2. Dengan hidrogen sulfida membentuk air dan sulfur

(26)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

13

Bab I Pendahuluan

e. Sulfur Trioksida

Sifat Fisika :

Rumus molekul : SO3

Titik didih, ºC : 44,6

Titik lebur, ºC : 16,86

(Perry,2008 )

Sifat Kimia :

1. Dengan air membentuk asam kuat

Reaksi : SO3 + H2O 2SO4 ... (I - 4)

2. Dengan udara lembab sulfur trioksida membentuk uap putih tebal

dengan bau yang menyengat.

f. Vanadium Pentoksida

Sifat Fisika :

Rumus molekul : V2O5

(27)

commit to user

Bab I Pendahuluan

Titik lebur, ºC : 800

(Perry,2008)

1.4.3.2 Produk

Asam Sulfat

Sifat Fisika :

Rumus molekul : H2SO4

Berat Molekul, g/gmol : 98,08

Wujud dalam kondisi kamar : Cair

Warna : Tidak berwarna

Titik didih pada 1 atm, oC : 340

Titik leleh pada 1 atm, oC : 10,49

(Perry,2008)

Sifat Kimia :

1. Dengan basa membentuk garam dan air.

Reaksi : H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + H2O ... (I - 5)

2. Dengan alkohol membentuk eter dan air.

(28)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

15

Bab I Pendahuluan

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum

Dalam proses pembuatan asam sulfat dengan proses kontak absorpsi

ganda, pertama mereaksikan sulfur cair dengan udara sehingga terbentuk gas

sulfur dioksida. Selanjutnya dilakukan reaksi pembentukan sulfur trioksida yang

dilakukan pada reaktor fixed bed multi bed pada tekanan 1 atm dan suhu 425oC.

Kondisi operasi reaktor adiabatik non isotermal. Produk keluar reaktor

diumpankan pada absorber untuk menyerap gas sulfur trioksida, selanjutnya

diencerkan pada tangki pengencer untuk membentuk asam sulfat 98,5% dengan

(29)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku Sulfur

Sulfur yang diumpankan pada pabrik harus mempunyai spesifikasi : warna

kuning cerah, bentuk granular, dengan spesifikasi analisis tipikal :

1. Sulfur

Fase : padat

Komposisi : - Belerang : 99,96%

- air : 0,005%

- impuritas: 0,035%

Titik lebur : 120ºC

Berat molekul : 32,064 g/gmol

(www.alibaba.com)

2. Udara

Fase : gas

Komposisi : - O2 = 21%

- N2 = 79%

(30)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

17

3. Air proses

Kenampakan : cairan jernih

Berat jenis : 1 gr/mL (25ºC)

Rumus molekul : H2O

Berat molekul : 18 g/gmol

Kekentalan : 1 cP (25ºC)

2.1.2 Spesifikasi Produk

Asam sulfat

Fase : cair

Kadar : 98,5% H2SO4 ; 1,5% H2O

Rumus molekul : H2SO4

2.1.3 Spesifikasi Bahan Pembantu (Katalis)

Katalisator : Vanadium Pentoksida (V2O5)

Bentuk : granular

Diameter : 0,004572 m

Porositas : 0,45

bulk : 541,424 kg/m3

(31)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses 2.2 Konsep Proses

2.2.1 Sifat Reaksi

a. Tinjauan Termodinamika

Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi

(endotermis/eksotermis) dan arah reaksi (reversible/ irreversible). Penentuan

panas reaksi berjalan secara eksotermis atau endotermis dapat dihitung dengan

perhitungan panas pembentukan standar ( o f

H ) pada tekanan 1 atm dan suhu

298,15K. Pada proses pembentukan asam sulfat terjadi reaksi sebagai berikut :

S (g) + O2(g) SO2(g) ………... (II – 1)

SO2(g) + ½ O2 (g) SO3 (g) ……….... (II – 2)

SO3 (g) + H2O (l) H2SO4(l) ………. (II – 3)

Data panas pembentukan standar pada suhu 298,15 K

(32)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

19

Reaksi (II - 1) :

Ketiga reaksi tersebut termasuk reaksi eksotermis dilihat dari nilai panas

pembentukan standar ( H_298,15) yang bernilai negatif.

Sifat reaksi kimia yang reversible atau irreversible dapat diketahui dari harga

konstanta kesetimbangan.

Data energi Gibbs pada 298,15 K :

(33)

commit to user

Perubahan energi Gibbs dapat dihitung dengan persamaan :

G298,15 = - R T ln K

298,15

G = G produk - o_f G reaktan o_f

dengan :

G298 : energi bebas Gibbs standar suatu reaksi pada 298,15 K (kJ/mol)

R : konstanta gas ( 8,314 J/mol· K)

T : temperatur (K)

K : konstanta kesetimbangan

( Smith Van Ness, 1975)

Dari Smith Van Ness Equation (15.17)

(34)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

21

dengan :

Pada suhu 970oC (1.243,15 K) besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung

sebagai berikut :

298,15

Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi berlangsung

searah ke arah kanan (irreversible).

(35)

commit to user

Pada suhu 425oC (698,15 K) besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung

sebagai berikut :

298,15

Karena harga konstanta kesetimbangan relatif kecil, maka reaksi berlangsung

bolak-balik (reversible).

Reaksi (II - 3) :

sebagai berikut :

(36)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

23

298,15

Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi berlangsung

searah ke arah kanan (irreversible).

b. Tinjauan Kinetika

Secara kinetika, reaksi pembentukan sulfur dioksida mempunyai

persamaan kecepatan reaksi sebagai berikut :

Reaksi : SO2 + ½ O2 SO3 ………. (II – 4)

Konstanta kesetimbangan :

Kp =

dengan : Kp = konstanta kesetimbangan

T = suhu reaksi, ºK

Kecepatan reaksinya :

(37)

commit to user

T k₂ exp 9,953 8619

T k₃ exp 71,745 52596

3 2

2 SO SO

O ;P ;P

P = tekanan parsial gas O2, SO2, SO3

dihitung berdasarkan 1 kmol /O2 jam· atm

(Froment, 1990)

c. Kondisi Operasi

Proses kontak absorpsi ganda sulfur terjadi dalam suatu reaktor fixed bed

multibed pada gas atau uap dengan tekanan 1-4 atm dan temperatur 420ºC-600ºC.

Reaksi kontak absorpsi ganda ini menggunakan katalis V2O5. Katalis ini pada

kondisi operasi akan mengoksidasi sulfur dioksida. Sifat penting vanadium

pentoksida ialah mempunyai keterbatasan temperatur bawah dan atas. Selang

temperatur bawah operasi katalis ini yaitu antara 420ºC sedangkan batas

temperatur atas 600ºC. Umur katalis dapat mencapai 10 tahun dalam pemakaian

normal.

2.2.2 Mekanisme Reaksi

Pada reaksi katalitik ada beberapa kemungkinan mekanisme kontrol yang

menentukan kecepatan reaksi, mekanisme untuk reaksi katalitik tersebut secara

umum adalah :

1. Transfer massa reaktan dari badan utama fluida ke permukaan luar katalis

(38)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

25

2. Transfer massa reaktan dari permukaan luar ke permukaan dalam pori - pori

katalis (internal diffusion).

3. Adsorbsi reaktan pada permukaan katalis.

4. Reaksi pada permukaan katalis.

5. Desorbsi produk reaksi dari permukaan dalam katalis

6. Transfer massa produk dari permukaan dalam ke permukaan luar katalis.

7. Transfer massa produk dari permukaan luar katalis ke badan utama fluida.

(Fogler, 1999)

Langkah yang menentukan adalah reaksi pada permukaan katalis. Oleh

karena itu, langkah proses nomor 1, 2, 6, 7 sangat cepat dibandingkan langkah

nomor 3, 4, 5 sehingga kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh transfer massa.

(Smith , 1981)

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses

2.3.1 Diagram Alir Proses

Diagram alir prarancangan pabrik asam sulfat dari sulfur dan udara dapat

ditunjukan dalam tiga macam, yaitu :

a. Diagram alir proses (Gambar 2.1)

b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.2 )

(39)

(40)

p

(41)

(42)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

(43)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses 2.3.2 Langkah Proses

Dalam proses produksi asam sulfat dapat dibagi dalam beberapa tahap,

yaitu :

a). Tahap persiapan bahan baku

b). Tahap reaksi

c). Tahap pemurnian produk

a. Tahap Persiapan Bahan Baku

Bahan baku sulfur berupa granular disimpan di dalam gudang

penyimpanan (G-01) pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm. Sulfur diangkut dengan

Belt Conveyor (BC-01) menuju Hopper (H-01) untuk ditampung sebelum

dileburkan. Sulfur padat dengan ukuran serbuk selanjutnya dilebur pada Melter

(M-01) pada 140oC dengan media pemanas steam. Selanjutnya produk cairan

M-01 dipompakan dengan pompa (P-M-01) menuju Burner (B-01) bersama dengan itu

dialirkan udara kering yang diperoleh dari udara luar dan ditekan dengan Blower

(BL-01) dan dilewatkan menara pengering (MP-01). Kandungan air dalam udara

atmosfer diserap oleh H2SO4 98,5% yang bersifat hidroskopis, sehingga dihasilkan

udara kering. Hal ini bertujuan untuk mencegah terjadinya reaksi antara gas SO3

dengan air yang terkandung dalam udara sehingga akan menyebabkan korosi.

H2SO4 disirkulasi secara kontinyu dari Tangki Pengencer I (TP-01) untuk

menjaga konsentrasi H2SO4 98,5%.

(44)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

31

Produk udara kering diumpankan menuju burner. Burner difungsikan

untuk mereaksikan sulfur dengan udara membentuk sulfur dioksida pada kondisi

operasi temperatur 916,85 oC dan tekanan 1 atm dengan sifat reaksi eksotermis.

Setelah terjadi proses reaksi pembentukan sulfur dioksida produk dari burner

berupa gas dilewatkan di Waste Heat Boiler (WHB-01) yang berfungsi

memanfaatkan panas produk keluar burner untuk memproduksi steam dimana

produk keluar Waste Heat Boiler suhunya menjadi 425oC dan dilewatkan

Cyclones (CN-01) yang berfungsi untuk menyaring impuritas sebelum gas sulfur

dioksida diumpankan menuju reaktor.

b. Tahap Reaksi

Gas SO2 dimasukkan R-01 yang terdiri dari 4 buah bed catalyst. 3 bed

teratas merupakan konversi tingkat pertama sedangkan bed keempat merupakan

konversi tingkat kedua. Katalis yang digunakan berupa vanadium pentoksida

(V2O5) dengan suhu optimum sekitar 420oC - 600oC. Gas proses yang

mengandung SO2 bersuhu 425oC dari burner masuk ke converter bed I, dimana

gas SO2 diubah menjadi SO3. Reaksi yang terjadi adalah :

SO2 + ½ O2 SO3…………...………. (II – 5)

Temperatur pada bed dijaga pada temperatur sekitar 425oC agar katalis

tetap pada kondisi operasi optimumnya sehingga diharapkan terjadi konversi

reaksi yang optimum pula. Pada bed pertama, reaksi berlangsung dengan konversi

(45)

commit to user

32

600oC, dimasukkan ke Heat Exchanger I (HE-01) dengan media pendingin gas

keluar absorber I yang bersuhu 94,9 oC. Gas yang mengandung SO3 keluar

HE-01, bersuhu 425oC, masuk ke bed II. Pada bed ke-2 ini reaksi berlangsung dengan

konversi sekitar 20,62%. Gas outlet bed II dimana temperatur 444,3oC dialirkan

ke HE-02 dengan media pendingin sama dengan bed I, sehingga dihasilkan gas

dengan temperatur 425oC. Gas ini dialirkan ke bed III dengan konversi 6,4%. Gas

outlet bed III yang banyak mengandung gas SO3 bersuhu 429,85oC masuk ke

HE-03 kemudian masuk ke Economizer I (EK-01) dengan media pendingin air. Gas

tersebut didinginkan menjadi 200oC sebelum masuk ke menara absorber I

(AB-01). Setelah gas SO3 diserap dengan H2SO4 di menara absorber, sisa gas keluar

absorber dengan temperatur 94,9oC dan dipanaskan di HE-01, HE-02 dan HE-03,

sehingga temperatur masuk ke bed IV menjadi 425oC. Pada bed IV ini terjadi

reaksi dengan konversi sebesar 3,3%, sehingga konversi total menjadi 99,7%. Gas

outlet bed IV, temperatur 426,85oC masuk ke dalam Economizer II (EK-02),

dimana gas tersebut didinginkan menjadi 200oC sebelum masuk menara absorber

II (AB-02).

c. Tahap Pemurnian Produk

Produk dari Tangki Pengencer II (TP-02) dipompa menuju TP-01. Sisa gas

dari AB-01 akan dikembalikan ke bed IV. Gas yang banyak mengandung SO3

keluar dari bed IV dan diabsorpsi oleh H2SO4 98,5% yang berasal dari TP-02

(46)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

33

terlebih dahulu. Produk yang dihasilkan dalam AB-02 berupa H2SO4 dengan

kadar 99,9% dan ditampung oleh tangki penampung TP-02. H2SO4 dari AB-01

dan AB-02 ditambahkan air demineralisasi untuk diencerkan menjadi 98,5%. Sisa

gas SO2 yang keluar dari AB-02 diemisikan ke udara bebas.

Produk H2SO4 dari TP-01 dipompa oleh P-08 melewati HE-05 untuk

mendinginkan produk sehingga temperatur produk maksimum adalah 37oC

sebelum masuk ke tangki penyimpan asam sulfat (T-01).

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas

Produk : Asam Sulfat 98,5% berat

Kapasitas : 100.000 ton/tahun

Satu tahun produksi : 330 hari

Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam

2.4.1. Neraca Massa

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kg/jam

(47)

commit to user

34

Tabel 2.1 Neraca Massa pada Melter (M-01)

Komponen

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Arus 1 Arus 2

S 4.083,3660 4.083,3660

H2O 0,2043 0,2043

impuritas 1,4298 1,4298

Total 4.085 4.085

Tabel 2.2 Neraca Massa pada Burner (B-01)

Komponen

Arus 2 Arus 3 Arus 4

4.085 26.243,4424 30.328,4424

(48)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

35

Tabel 2.3 Neraca Massa pada Cyclones (CN-01)

Komponen

30.328,4424 1,4298 30.327,0127

30.328,4424 30.328,4424

Tabel 2.4 Neraca Massa pada Reaktor Bed I (R-01)

Komponen

Arus 6 Arus 7

(49)

commit to user

36

Tabel 2.5 Neraca Massa pada Reaktor Bed II (R-01)

Komponen

Arus 7 Arus 8

Total 30.327,0127 30.327,0127

Tabel 2.6 Neraca Massa pada Reaktor Bed III (R-01)

Komponen

Arus 8 Arus 9

(50)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

37

Tabel 2.7 Neraca Massa Absorber (AB-01)

Komponen

Arus 9 Arus 12 Arus 10 Arus 13

30.327,0127 175.155,4060 20.596,1551 184.886,2636

205.482,4187 205.482,4187

Tabel 2.8 Neraca Massa Tangki Pengencer (TP-01)

Komponen

Arus 13 Arus 21 Arus 24 Arus 25 Arus 18

184.448,1709 7.754,9372 535,2833 1.937,7458 195.114,230

(51)

commit to user

38

Tabel 2.9 Neraca Massa pada Reaktor Bed IV (R-01)

Komponen

Arus 10 Arus 11

Total 20.596,1551 20.596,1551

Tabel 2.10 Neraca Massa Absorber (AB-02)

Komponen

20.596,1551 7.747,5379 8.177,9477 20.165,7453

(52)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

39

Tabel 2.11 Neraca Massa pada Tangki Pengencer(TP-02)

Komponen

H2O 19,3688 104,8735 124,2423

H2SO4 8.158,5788 0 8.158,5788

Total

8.177,9477 104,8735 8.282,8212

8.282,8212 8.282,8212

Tabel 2.12 Neraca Massa Menara Pengering (MP-01)

Komponen

26.676,4592 7.321,9204 26.243,4424 7.754,9372

(53)

commit to user

40

Tabel 2.13 Neraca Massa pada Tee (TE-01)

Komponen

182.477,3265 175.155,4060 7.321,9204

182.477,3265 182.477,3265

Komponen

8.282,8212 7.747,5379 535,2833

(54)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

41

Komponen

195.114,230 182.477,326 12.636,903

195.114,230 195.114,230

Tabel 2.16 Neraca Massa Total

Komponen

Arus 2 Arus 17 Arus 22 Arus 25 Arus 5 Arus 16 Arus 26

4.085 104,8735 26.676,4592 1.937,7458 1,4298 20.165,7453 12.636,9035

(55)

commit to user

42

Bab II Deskripsi Proses 2.4.2 Neraca Panas

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kJ/jam

Tabel 2.17 Neraca Panas pada Melter (M-01)

Komponen Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

Q arus 1 14.924,528 0

Q arus 2 0 729.990,338

Q peleburan 219.765,918 0

Q pemanas 495.299,338 0

Total 729.990,338 729.990,338

Tabel 2.18 Neraca Panas pada Burner (B-01)

Q arus 2 729.990,338 0

Q arus 3 312.095,753 0

Q reaksi 37.800.266,015 0

Q arus 4 0 38.842.352,106

(56)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

43

Tabel 2.19 Neraca Panas Menara Pengering (MP-01)

Komponen

Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

Gas Cairan Gas Cairan

H2O 10.785,974 21.775,570 21.775,570 0

O2 75.104,747 0 0 50.266,563

N2 278.477,330 0 0 261.829,190

H2SO4 0 28.590,972 28.590,972 0

Panas pelarutan 251.629,877 0

Panas laten 0 338.889,930

Total 701.352,224 701.352,224

Tabel 2.20 Neraca Panas pada Cyclones (CN-01)

Q arus 4 11.048.383,452 0

Q arus 5 0 318,961

Q arus 6 0 11.048.064,491

(57)

commit to user

44

Tabel 2.21 Neraca Panas pada Reaktor (R-01)

Komponen Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)

Q bed I 13.954.855,648 20.139.424,115

Q bed II 13.773.693,789 14.454.163,118

Q bed III 13.757.207,370 13.927.848.358

Q bed IV 10.890.352,725 10.954.293,801

Panas reaksi 12.553.289,671 0

Panas pendingin 0 5.453.669,810

(58)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

45

Tabel 2.22 Neraca Panas pada Absorber (AB-01)

Komponen

H2O 67,905 3.828.425,467 0 337.928,314

O2 12.075,228 0 4.757,588 0

N2 3.677.975,072 0 1.463.000,332 0

SO2 34.416,299 0 13.220,835 0

SO3 1.212.475,149 0 4.564,210 0

H2SO4 0 23.691.393,773 0 13.486.538,653

Panas reaksi -16.095.897,044 0

Panas laten 0 1.050.921,918

(59)

commit to user

46

Tabel 2.23 Neraca Panas pada Tangki Pengencer (TP-01)

Q arus 13 13.414.236,674 0

Q arus 21 50.366,542 0

Q arus 24 36.160,819 0

Q arus 25 41.334,363 0

Panas pengenceran 15.782,331 0

Q arus 18 0 13.570.688,467

(60)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

47

Tabel 2.24 Neraca Panas pada Absorber (AB-02)

Komponen

H2O 0 169.340,313 0 14.940,400

O2 1.006,269 0 991,535 0

N2 3.677.975,072 0 3.624.961,188 0

SO2 2.868,025 0 2.842,522 0

SO3 53.630,644 0 527,960 0

H2SO4 0 1.047.926,380 0 596.541,502

Panas reaksi -711.959,595 0

Panas laten 0 46.484,762

Total 4.240.787,108 4.240.787,108

Tabel 2.25 Neraca Panas pada Tangki Pengencer (TP-02)

Q arus 15 593.155,523 0

Q arus 17 2.237,073 0

Panas pengenceran 66,524 0

Q arus 23 0 595.459,121

(61)

commit to user

48

Tabel 2.26 Neraca Panas Total

Q arus 1 14.924,528 0

Q arus 17 2.237,073 0

Q arus 22 364.368,051 0

Q arus 25 41.334,363 0

Q arus 5 0 318,961

Q arus 16 0 3.629.305,206

Q arus 18 0 13.570.688,467

Q reaksi 22.936.500,374 0

Q pemanas 495.299,892 0

Q peleburan 219.765,918 0

Q pengneceran 15.848,885 0

Q laten 0 1.436.296,610

Q pendingin 0 5.453.669,810

(62)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

49

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 dari para karyawan

serta keselamatan proses.

Pada prarancangan pabrik ini, tata letak dari pabrik dapat dilihat pada

Gambar 2.4. Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus

diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik ini adalah :

1. Pabrik asam sulfat ini merupakan pabrik baru (bukan pengembangan)

sehingga penentuan lay out tidak dibatasi oleh bangunan yang ada.

2. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa

mendatang.

3. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan,

maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan

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

4. Sistem konstruksi yang direncanakan adalah outdoor untuk menekan biaya

bangunan dan gedung dan juga iklim Indonesia memungkinkan konstruksi

secara outdoor.

5. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian pengaturan

ruangan/lahan.

(63)

commit to user

50

Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu :

1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol

Daerah administrasi merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang

mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat

pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta

produk yang dijual.

2. Daerah proses

Daerah proses merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses

berlangsung.

3. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk

Daerah penyimpanan bahan baku dan produk merupakan daerah untuk

tempat bahan baku dan produk.

4. Daerah gudang, bengkel dan garasi

Daerah gudang, bengkel dan garasi merupakan daerah yang digunakan untuk

menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan

perawatan peralatan proses.

5. Daerah utilitas

Daerah utilitas merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan

pendukung proses berlangsung dipusatkan.

(64)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

51

p

o

s

(65)

commit to user

52

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 2.5. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam

menentukan lay out peralatan proses pada pabrik asam sulfat, antara lain :

1. Aliran udara

Aliran udara di dalam dan di sekitar peralatan 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.

2. Cahaya

Penerangan sebuah pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses

yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan.

3. Lalu lintas manusia

Dalam perancangan lay out peralatan perlu diperhatikan agar pekerja dapat

mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan

apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan

pekerja selama menjalankan tugasnya juga diprioritaskan.

4. Pertimbangan ekonomi

Dalam menempatkan alat - alat proses diusahakan dapat menekan biaya

(66)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

53

5. 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.

(67)

commit to user

54

HE-0 7

H E-06

(68)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

55

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

BAB III

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

3.1 Tangki

Tabel 3.1 Spesifikasi Tangki

Kode T-01 T-02

Fungsi Menyimpan asam sulfat

selama 30 hari

Menyimpan air proses

selama 15 hari

Tipe Silinder vertikal dengan flat bottom dan conical roof

Material Carbon Steel SA 283 grade C

(69)

commit to user

3.2 Melter

Tabel 3.2 Spesifikasi Melter

Kode M-01

Fungsi Mengubah fase sulfur padat menjadi

sulfur cair

Tipe Tangki alir berpengaduk

Jumlah 1 buah

Torisperical dished head

3/16

Turbin dengan 6 flat blade dengan 4

baffle

0,316

(70)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

57

Kode M-01

- Kecepatan Pengadukan

- Daya Pengadukan

420

20

Tinggi total reaktor (m) 2,320

3.3 Burner

Tabel 3.3 Spesifikasi Burner

Kode B-01

Fungsi Membakar sulfur cair dengan udara

kering menjadi gas sulfur dioksida

Tipe RAP single tube

(71)

commit to user

3.4 Reaktor

Tabel 3.4 Spesifikasi Reaktor

Kode R-01

Fungsi Mereaksikan sulfur dioksida dengan

oksigen menjadi sulfur trioksida

Tipe Fixed bed multi bed

Jumlah 1 buah

Kode R-01

Material Carbon Steel SA 182 F22

(72)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

59

3.5 Absorber

Tabel 3.5 Spesifikasi Absorber

Kode AB-01 AB-02

Tipe Packed tower

Jumlah 1 buah 1 buah

Kondisi operasi

1 /4

1 /5

Packing

- Jenis

- Ukuran (in)

Ceramic Raschig Ring

2

(73)

commit to user

3.6 Menara Pengering

Tabel 3.6 Spesifikasi Menara Pengering

Kode MP-01

Fungsi Menyerap kandungan H2O dari udara bebas dengan menggunakan asam sulfat

Tipe Packed tower

Jumlah 1 buah

Kondisi operasi

1 /5

Packing

- Jenis

- Ukuran (in)

(74)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

commit to user

61

3.7 Tangki Pengencer

Tabel 3.7 Spesifikasi Tangki Pengencer

Kode TP-01 TP-02

Fungsi Mengencerkan produk

AB-01 dengan air untuk

mendapatkan asam sulfat

98,5%

Mengencerkan produk

AB-02 dengan air untuk

mendapatkan asam sulfat

98,5%

Tipe Tangki alir berpengaduk

Jumlah 1 buah 1 buah

Carbon Steel 283 grade C

40 3

/16

Carbon Steel 283 grade C

Spesifikasi head

- Bentuk

- Tebal (in)

- Tinggi (in)

1 /4 12,551

1

Flat Blade Turbine

Impeller

0,529

0,132

65

25

Flat Blade Turbine