commit to user
P
P
R
R
A
A
R
R
A
A
N
N
C
C
A
A
N
N
G
G
A
A
N
N
P
P
A
A
B
B
R
R
I
I
K
K
F
F
E
E
N
N
O
O
L
L
F
F
O
O
R
R
M
M
A
A
L
L
D
D
E
E
H
H
I
I
D
D
(
(
R
R
E
E
S
S
I
I
N
N
N
N
O
O
V
V
O
O
L
L
A
A
K
K
)
)
D
D
A
A
R
R
I
I
F
F
E
E
N
N
O
O
L
L
D
D
A
A
N
N
F
F
O
O
R
R
M
M
A
A
L
L
D
D
E
E
H
H
I
I
D
D
K
K
A
A
P
P
A
A
S
S
I
I
T
T
A
A
S
S
2
2
6
6
.
.
0
0
0
0
0
0
T
T
O
O
N
N
/
/
T
T
A
A
H
H
U
U
N
N
Oleh :
HARI PRABAWA I 1507027
TRI MURNIATI I 1507046
P
P
R
R
O
O
G
G
R
R
A
A
M
M
S
S
T
T
U
U
D
D
I
I
S
S
1
1
N
N
O
O
N
N
R
R
E
E
G
G
U
U
L
L
E
E
R
R
T
T
E
E
K
K
N
N
I
I
K
K
K
K
I
I
M
M
I
I
A
A
J
J
U
U
R
R
U
U
S
S
A
A
N
N
T
T
E
E
K
K
N
N
I
I
K
K
K
K
I
I
M
M
I
I
A
A
F
F
A
A
K
K
U
U
L
L
T
T
A
A
S
S
T
T
E
E
K
K
N
N
I
I
K
K
U
U
N
N
I
I
V
V
E
E
R
R
S
S
I
I
T
T
A
A
S
S
S
S
E
E
B
B
E
E
L
L
A
A
S
S
M
M
A
A
R
R
E
E
T
T
S
S
U
U
R
R
A
A
K
K
A
A
R
R
T
T
A
A
2
commit to user
Halaman Judul ... i
Lembar Pengesahan ... ii
Kata Pengantar ... iii
Motto Persembahan ... iv
Daftar Isi ... v
Daftar Tabel ... xi
Daftar Gambar ... xiii
Intisari ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik... 1
1.2. Penentuan Kapasitas Perancangan Pabrik ... 2
1.2.1 Prediksi Kebutuhan Resin Novolak Dalam Negeri ... 2
1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ... 3
1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik ... 4
1.4. Tinjauan Pustaka ... 6
1.4.1 Proses... 6
1.4.2 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk ... 7
1.4.2.1 Spesifikasi Bahan Baku... 7
1.4.2.2 Spesifikasi Bahan Pembantu ... 9
1.4.2.3 Spesifikasi Produk……….. 10
commit to user
BAB II DISKRIPSI PROSES ... 12
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 12
2.2 Konsep Reaksi ... 14
2.2.1 Dasar Reaksi ... 14
2.2.2 Kondisi Operasi ... 15
2.2.3 Mekanisme Reaksi... 15
2.2.4 Tinjauan Kinetika ... 16
2.2.5 TinjauanTermodinamika... 20
2.3 Diagram Alir Kualitatif ... 23
2.4 Diagram Alir Kuantitatif ... 23
2.5 Diagram Alir Proses ... 23
2.6 Langkah Proses... 23
a. Tahap Penyiapan Bahan Baku ... 23
b. TahapReaksi dalam Reaktor …... 23
c. Tahap Pemurnian Produk ... ... 24
2.7 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 24
2.7.1 Neraca Massa... 25
2.7.1.1. Neraca Massa Total... 25
2.7.1.2. Neraca Massa Tiap Alat ... 25
2.7.2 Neraca Panas ... 27
commit to user
2.8.1 Lay Out Pabrik ... 33
2.8.2 Lay Out Peralatan ... 35
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ... 39
3.1 Reaktor ... 39
3.2 Mixer ... 40
3.3 Netraliser ... 41
3.4 Dekanter ... 43
3.5 Menara Destilasi 01 ... 44
3.6 Menara Destilasi 02 ... 45
3.7 Reboiler 01 ... 46
3.8 Reboiler 02 ... 47
3.9 Kondensor 01... 49
3.10 Kondensor 02... 50
3.11 Accumulator 01 ... 51
3.12 Accumulator 02 ... 52
3.13 Heat Exchanger 01 ... 53
3.14 Heat Exchanger 02 ... 55
3.15 Heat Exchanger 03 ... 56
3.16 Tangki Formaldehid ... 58
3.17 Tangki Fenol... 58
commit to user
3.20 Tangki Resin Novolak ... 61
3.21 Pompa - 01... 62
3.22 Pompa - 02... 62
3.23 Pompa - 03... 63
3.24 Pompa - 04... 64
3.25 Pompa - 05... 64
3.26 Pompa - 06... 65
3.27 Pompa - 07... 66
3.28 Pompa - 08... 66
3.29 Pompa - 09... 67
3.30 Pompa - 10... 68
3.31 Pompa - 11... 69
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ... 70
4.1 Unit Pendukung Proses ... 70
4.1.1 Unit Penyediaan dan Pengolahan Air ... 70
4.1.1.1 Air Pendingin dan Proses ... 70
4.1.1.2 Air Umpan Boiler ... 73
4.1.1.3 Air Konsumsi dan Sanitasi ... 76
4.1.2 Unit Pengadaan Steam ... 77
4.1.3 Unit Pengadaan Tenaga Listrik ... 78
commit to user
4.1.6 Unit Pengolahan Limbah ... 80
4.2 Laboratorium ... 82
4.2.1 Laboratorium Fisik dan Analitik ... 83
4.2.2 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 83
4.2.3 Metode Analisa... 84
4.2.4 Alat Analisa ... 84
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 85
5.1 Bentuk Perusahaan ... 85
5.2 Struktur Organisasi ... 85
5.3 Tugas dan Wewenang ... 87
5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 88
5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 90
5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ... 91
5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 92
BAB VI ANALISA EKONOMI ... 94
6.1 Penaksiran Harga Peralatan ... 99
6.2 Dasar Perhitungan ... 102
6.3 PenentuanTotal Capital Investment(TCI) ... 103
6.4 PenentuanTotal Manufacturing Cost(TMC) ... 104
commit to user
6.4.3 Fixed Manufacturing Cost(FMC) ... 105
6.5 PenentuanTotal Production Cost(TPC) ... 106
6.5.1 General Expense(GE)... 106
6.5.2 Total Production Cost(TPC) ... 107
6.6 Profitability... 107
6.7 Analisis Kelayakan ... 107
commit to user
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 Fenol Formaldehid (Resin Novolak) dari Fenol dan Formaldehid Kapasitas 26.000 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. Inayati, S.T., M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I dan Dr. Eng. Agus Purwanto., S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II, atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.
2. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Non-reguler. 3. Kedua Orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang
senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.
4. Teman - teman mahasiswa Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret khususnya angkatan 2007 atas dukungan dan doanya.
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, September 2012
commit to user
Hari Prabawa dan Tri Murniati, 2012, Prarancangan Pabrik Fenol Formaldehid (Resin Novolak) dari Fenol dan Formaldehid Kapasitas 26.000 ton/tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Resin Novolak banyak digunakan dalam industri kimia sebagai pelarut dalam industri cat, lem, vernis, bahan tambahan dalam industri plastik, serta untuk bahan perekat khususnya pada kayu lapis dan particle board. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik Resin Novolak dengan kapasitas 26.000 ton/tahun dengan bahan baku fenol 71.456,7 ton/tahun dan formaldehid 20.291,62 ton/tahun. Dengan memperhatikan beberapa faktor, seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, pemasaran, tenaga kerja, serta utilitas maka lokasi pabrik yang cukup strategis di kawasan industri Gresik (KIG), Jawa Timur pada tahun 2016.
Reaksi pembuatan Resin Novolak dilakukan dengan mereaksikan fenol dengan formaldehid dengan katalis H2SO4 dalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) pada kondisi tekanan 3 atm dan suhu 95 °C. Konversi reaksi yang dihasilkan adalah 98,45%. Reaksi pembentukan Resin Novolak berlangsung secara eksotermis dengan panas reaksi yang besar sehingga diperlukan pendingin. Tahap proses meliputi tahap penyimpanan bahan baku, tahap penyiapan bahan baku, tahap reaksi, dan tahap pemurnian produk. Kemurnian produk dilakukan dengan distilasi. Produk yang dihasilkan adalah Resin Novolak dengan kemurnian 99,08 %.
Unit pendukung proses terdiri dari unit pengadaan air (air dari Sungai Bengawan Solo sebanyak 434.163,22 kg/jam) , unit pengadaan steam sebanyak 3981,27 lb/jam, unit pengadaan listrik sebesar 1000 kW, unit pengadaan udara tekan sebesar 35,75 m3/jam dan unit pengadaan bahan bakar sebanyak 0,247 m3/jam. Pabrik juga dilengkapi laboratorium untuk menjaga mutu dan kualitas produk agar sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.
Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas (PT), dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawanshiftdannon-shift.
Dari hasil analisa ekonomi diperoleh ROI(Return on Investment)sebelum dan sesudah pajak sebesar 49,17% dan 36,88%, POT(Pay Out Time)sebelum dan sesudah pajak selama 1,69 tahun dan 2,13 tahun, BEP (Break Event Point)
commit to user
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang menunjukkan peningkatan pada sektor industri telah menuntut bangsa Indonesia berbelok arah dari negara agraris ke negara industri. Untuk mencapai kemajuan di bidang industri terfokus pada bidang industri kimia, maka kebutuhan bahan-bahan dasar kimia di dalam negeri perlu ditumbuhkan dan dikembangkan. Sejalan dengan tujuan pembangunan industri yaitu sebagai upaya untuk meningkatkan nilai tambah bagi negara, maka pendirian pabrik resin novolak dengan bahan baku fenol dan formaldehid mempunyai nilai yang baik dalam perkembangan dunia industri yang menggunakan Resin Novolak sebagai bahan baku atau sebagai bahan tambahan.
commit to user
Selain alasan-alasan diatas, pendirian pabrik ini juga didasarkan pada hal-hal sebagai berikut :
1. Terciptanya lapangan pekerjaan yang berarti turut serta dalam usaha pemerintah untuk mengurangi pengangguran.
2. Memacu pertumbuhan industri-industri baru yang menggunakan bahan baku Resin Novolak.
3. Meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta mengurangi impor Resin Novolak dari negara lain.
1.2 Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik
Penentuan kapasitas produksi perancangan pabrik Resin Novolak didasarkan pada pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :
1. Prediksi kebutuhan Resin Novolak di Indonesia 2. Ketersediaan bahan baku
3. Pabrik yang sudah ada
1.2.1. Prediksi kebutuhan resin novolak di Indonesia
commit to user 1.2.2. Ketersediaan bahan baku
Bahan baku pembuatan Resin adalah phenol dan formaldehid. Bahan baku phenol di dapat dari Shenyang Xing Guang Chemical Factory, Liaoning, China dengan kapasitas produksi 120.000 ton per tahun. Formaldehid diperoleh dari Jinan Shijitongda Chemical, Shahdong, China dengan kapasitas 36.000 ton per tahun. Bahan pembantu seperti katalis Asam sulfat (H2SO4) dan Natrium hidroksida (NaOH) dibeli dari PT Toya Indo Manunggal Chemical, Jawa Timur.
Tabel 1.1 Kebutuhan Resin Novolak di Indonesia berdasarkan Data Impor
Tahun Jumlah (Ton)
2006 11057.29
2007 14043.44
2008 15057.46
2009 15036.72
2010 17328.49
(www.data.un.org )
commit to user
Menurut perhitungan dengan menggunakan linierisasi didapatkan kebutuhan pada tahun 2016 sebesar 25.327 ton. Jadi pada tahun 2016 dapat diperkirakan dibutuhkan Resin Novolak sebanyak 26.000 ton.
Berdasarkan pertimbangan di atas maka kapasitas pabrik dipilih sebesar 26.000 ton/tahun, yang diharapkan produksinya dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri.
1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik
Lokasi pabrik merupakan salah satu faktor penting dalam pendirian pabrik untuk kelangsungan operasi pabrik. Banyak pertimbangan yang menjadi dasar dalam menentukan lokasi pabrik, antara lain : dengan sumber bahan baku, letak pabrik dengan pemasaran produk, transportasi, tenaga kerja, kondisi sosial politik, dan kemungkinan pengembangan di masa mendatang.
Pabrik Resin Novolak direncanakan akan didirikan di daerah Kawasan Industri Gresik, Jalan Prof. Muhammad Yamin Jawa Timur. Pemilihan ini dimaksudkan untuk mendapatkan keuntungan secara teknis dan ekonomis, berdasarkan pertimbangan :
a. Penyediaan Bahan Baku
commit to user
Dengan dekatnya sumber bahan pembantu diharapkan proses produksi dapat berjalan dengan lancar dan berkesinambungan.
b. Letak Pabrik dengan Daerah Pemasaran
Pulau Jawa dan Kalimantan merupakan daerah pemasaran paling banyak membutuhkan Resin Novolak. Dengan di bangunnya pabrik Resin Novolak di Gresik diharapkan mampu menjangkau Indonesia bagian tengah dan timur. c. Sarana Transportasi
Gresik memiliki sarana transportasi darat dan laut yang sangat memadai karena merupakan jalur utama transportasi di Pulau Jawa dan dekat dengan pelabuhan Petrokimia.
d. Tenaga kerja
Daerah Gresik berada di propinsi Jawa Timur merupakan daerah sentra industri, sehingga kepadatan penduduk yang letaknya di daerah industri biasanya tinggi, sehingga masalah penyediaan tenaga kerja, baik tenaga kerja terdidik maupun tidak terdidik tidak menjadi masalah.
e. Utilitas
Untuk kebutuhan sarana penunjang seperti listrik dapat dipenuhi dengan adanya jaringan PLN dan generator, kebutuhan bahan bakar yaitu solar yang dipakai untuk menjalankan generator diperoleh dari pertamina sedangkan untuk kebutuhan air diambil dari aliran Sungai Bengawan Solo.
f. Kondisi tanah dan daerah
commit to user
pendirian pabrik. Selain itu keadaan tanah di Gresik tidak subur untuk pertanian sehingga tidak mengurangi areal tanah pertanian
Gambar 1.2 Peta Lokasi Pabrik Resin Novolak
1.4.Tinjauan Pustaka
Polimer sintesis yang pertama digunakan dalam skala komersial adalah resin fenol formaldehid atau resin novolak. Dikembangkan pada permulaan tahun 1900-an oleh kimiawan kelahiran Belgia, Leo Backeland. (Kirk & Othmer, 1999) 1.4.1 Proses
commit to user
C6H5OH + CH2O 1/8 (C7H6O)8 + H2O (1-1) fenol formaldehid resin novolak air
Pembuatan Resin Novolak merupakan reaksi antara fenol dan formaldehid dengan menggunakan bantuan katalis asam sulfat (H2SO4). Reaksi tersebut merupakan reaksi fase cair. Fenol direaksikan dalam fase cair bersama-sama dengan formaldehid dengan katalis asam sulfat dengan komposisi 0,001 dari berat fenol. Katalis asam dengan fenol berlebih menghasilkan suatu produk kondensasi fenol formaldehid yang sangat berbeda dengan produk yang diperoleh melalui katalis basa.
Reaksi dijalankan dalam batas yang telah ditentukan yaitu pada suhu 95 ºC dengan tekanan konstan 3 atm. Dengan perbandingan antara fenol dan formaldehid 10 : 8, kondisi operasi perlu benar-benar dijaga untuk menekan terbentuknya novolak dengan berat molekul rendah, reaksi berjalan eksotermis yang berarti reaksi menghasilkan panas yang besar (Odian, 2004).
1.4.2. Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk
1.4.2.1 Spesifikasi Bahan Baku 1. Fenol
a. Sifat fisika
Rumus molekul : ( C6H5OH ) Berat molekul : 94,108 kg/mol
H2SO4
commit to user Densitas : 1,07 gr/cm3
Bentuk : cair
Titik didih : 181,9 °C Δ G298 : -32,89 kj/mol Δ H298 : -96,36 kj/mol
(Kirk & Othmer, 1999) b. Sifat kimia
1. Reaksi antara dimetil eter/dietil sulfat dalam keadaan netral atau alkali lemah akan membentuk Sulfat Eter yaitu Anisol (C6C5OCH3).
2. Nitrasi phenol dengan HNO3 encer menghasilkan isomer orto para.
(Perry, 1997) 2. Formaldehid
a. Sifat-sifat fisis
Rumus molekul : CH2O
Berat molekul : 30,026 kg/mol Bentuk : cair, jernih Titik didih : -21ºC Densitas pada 18 °C : 1,11 gr/cm3 Viskositas pada 30 °C : 2 cP
Panas jenis : 0,8 kal/gr.°C
commit to user b. Sifat kimia
- Bereaksi dengan air dapat membentuk metilen gliko
CH2O + H2O HO + CH2-OH (1-2) - Reaksi dengan asetaldehid dalam lrutan NaOH dapat membentuk pentaerethytritol dan sodium format.
CH2O + CH3-COH + NaOH C(CH2OH)2 + HCOONa (1-3) (Kirk & Othmer, 1999) 1.4.2.2 Spesifikasi Bahan Pembantu
1. Asam Sulfat a. Sifat fisik
Rumus molekul : H2SO4
Berat molekul : 98,08 kg/mol
Bentuk : cairan tidak berwarna
Titik didih (1 atm) : 340oC Titik lebur (1 atm) : 10,49oC Temperatur kritis : 651,85oC Tekanan kritis : 63,16oC Densitas (25oC) : 1,8361 gr/cm3 Kapasitas panas : 0,3404 kal/gr.oC
(Perry, 2005) b. Sifat Kimia
1. Dengan basa membentuk garam dan air
commit to user
H2SO4dan2NaCl Na2SO4 + 2HCl (1-5) 3. Dengan alkohol membentuk eter dan air
2C2H5OH + H2SO4 C2H5OC2H5 + H2O + H2SO4 (1-6) (Perry, 1997) 3. Natrium Hidroksida
a. Sifat fisik
Rumus Molekul : NaOH
Fase : cair
Titik didih : 170oC
Panas pembentukan (25oC) : -102,02 kkal/mol Densitas (25oC) : 1400 kg/m3 Konduktivitas panas : 0,881 Btu/j ft2 oF
(Perry,2005) b. Sifat Kimia
1. Dengan asam membentuk garam dan air
H2SO4dan NaOH Na2SO4 + 2H2O (1-7) 2. Dengan etanol akan menghasilkan natrium etanoat
C2H5OH + NaOH NaOC2H5+ H2O (1-8)
1.4.2.3 Spesifikasi Produk Resin novolak
a. Rumus molekul : (C7H6O)8 Berat molekul : 848 kg/mol
commit to user
Kemurnian : 99%
Impuritas : 1% C6H5OH dan H2O
Δ G298 : 22,40 kj/mol
Δ H298 : - 80 kj/mol
(Kirk & Othmer, 1999) b. Sifat Kimia
1. Tahan terhadap zat kimia 2. Terurai terhadap asam kuat
1.4.3 Tinjauan Proses secara Umum
Pembentukan Resin Novolak dari fenol dan formaldehid merupakan reaksi polimerisasi fase cair. Reaksi tersebut merupakan reaksi polimerisasi kondensasi yaitu reaksi pembentukan polimer dari monomer-monomer fenol. Reaksi ini merupakan reaksi eksotermis. Reaksi berlangsung di dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB), menggunakan bantuan katalis asam sulfat (H2SO4) pada suhu 95ºC dan tekanan 3 atm.
1.4.4 Kegunaan Produk
Resin novolak paling banyak digunakan untuk :
o pelarut dalam industri cat, lem dan vernis. o bahan tambahan dalam industri plastik.
commit to user
BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk a. Fenol
Rumus molekul : C6H5OH Berat molekul : 94, 11 gr/grmol Titik lebur : 40–42 ºC
Titik didih : 182 ºC Densitas : 1,07 kg/L
Tekanan uap : 0,35 mm Hg pada 20 ºC Titik nyala : 79 ºC
Kenampakan : tidak berwarna, berbau Kemurnian : 89% C6H5OH
Impuritas : 11% H2O
Fase : Cair
(Shenyang Xin Guang Chemical Factory) b. Formaldehid
Rumus molekul : CH2O
Berat molekul : 30,03 gr/grmol
pH : 2,8–4,0
Densitas : 1,081–1,085
commit to user Titik didih : -19,5 ºC
Titik nyala : 60 ºC
Kenampakan : tidak berwarna, berbau menyengat Kemurnian : 99% CH2O
Impuritas : 1% H2O
Fase : Cair
(Jinan Shijitongda Chemical) c. Asam Sulfat ( sebagai katalis )
Rumus molekul : H2SO4
Berat molekul : 98,08 gr/grmol Kenampakan : jernih kekuningan Kemurnian : 98% H2SO4 Impuritas : 2% H2O
Fase : Cair
Spesifik gravity : 1,4812
(Aneka Kimia Inti) d. Natrium Hidroksida
Rumus molekul : NaOH teknis Berat molekul : 40,01 gr/grmol
Fase : Padat
commit to user e. Resin Novolak
Rumus molekul : ( C7H6O)n
Berat molekul : 800–1000 gr/grmol
Spesifik gravity : 1,041
Komposisi kandungan produk Novolak Resin : Kemurnian : 99%
Impuritas : 1% C6H5OH dan H2O
Fase : Cair
2.2. Konsep Proses 2.2.1. Dasar Reaksi
Pembuatan resin novolak (C7H6O)n merupakan reaksi antara phenol dan formaldehid dengan reaksi polimerisasi yang dapat digambarkan sebagai berikut :
C6H5OH + CH2O 1/8 (C7H6O)8 + H2O (2-1)
Reaksi berlangsung dalam fase cair – cair, oleh karena itu
reaktor yang dipilih adalah reaktor alir tangki berpengaduk. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis sehingga untuk mempertahankan suhu reaktor digunakan pendingin. (Kirk & Othmer, 1999)
commit to user 2.2.2 Kondisi Operasi
Reaksi pembuatan Resin Novolak ini berlangsung pada kondisi operasi:
• Temperatur : 95ºC
• Tekanan : 3 atm
• Fase : cair–cair
• Sifat reaksi : reaksi searah kekanan, eksotermis
• Katalis : H2SO40,1% berat fenol
(Kirk & Othmer, 1999)
2.2.3 Mekanisme Reaksi
Reaksi pembuatan Resin Novolak dari fenol dan formaldehid dengan katalis asam sulfat merupakan reaksi polimerisasi.
Mekanisme reaksinya adalah : 1. Protonasi dari formaldehid
2. Substitusi aromatik elektrofilik Novolak dengan posisi orto dan para
commit to user
Hasil dari posisi orto dan posisi para adalah :
CH2
Novolak
(Stevens, 2001)
2.2.4. Tinjauan Kinetika
Ditinjau dari kinetika reaksi antara fenol dengan formaldehid termasuk reaksi orde 2, searah (irreversibel).
Reaksi :
CH2O + C6H5OH H →2SO4 1/8 ( C7H6O)8 + H2O (2-2) Dengan perbandingan mol umpan formaldehid terhadap fenol adalah 8 : 10, maka didapatkan berat molekul rata–rata untuk resin
novolak adalah 850 kg/kmol. CH2
OH
OH CH2
OH CH2
OH
CH2
commit to user
Tabel 2.1 Efek rasio reaktan terhadap berat molekul polimer Mol fomaldehid/10 Penentuan jumlah monomer, derajad polimerisasi ( DP ):
DP =
Jadi untuk membentuk polimer dengan berat molekul 850 kg/kgmol diperlukan 8,009 grek C6H5OH. Persamaan derajad polimerisasi:
DP =
commit to user Keterangan:
DP : derajad polimerisasi
r : rasio formaldehid dan fenol p : konversi
(Stevens, 2001) Didapat harga konversi dari formaldehid ( xA) adalah 98,45%.
Perhitungan konstanta kecepatan reaksi:
A + P N + W
Perrsamaan kecepatan reaksi untuk orde 2 :
( -rA) = k1.CA.CP (2-5)
CAO = konsentrasi formaldehid mula- mula ( Kmol/L ) Cpo = konsentrasi fenol mula–mula ( Kmol/L ) τ = waktu tinggal (Jam)
commit to user Persamaaan kinetika reaksi :
-rA = k CACP
-rA = kecepatan reaksi
commit to user
Perhitungan harga tetapan konstanta kesetimbangan (K) dapat ditinjau dari persamaan :
∆ G° =-RT ln K
Dengan : ∆G° : tenaga Gibbs standart (KJ/mol) R : tetapan gas ideal
K : konstanta kesetimbangan
(J Smith Vannes,1985)
commit to user Dataenergi Gibbs Δ G298:
Fenol -32,89 kj/mol
Formaldehid -109,91 kj/mol Novolak Resin 22,40 kj/mol
Air -228,60 kj/mol
(Yaws,1999) ∆ Gf° =∆ Gf° produk -∆ Gf° reaktan
= (22,40 + (-228,60))–((-32,89) + (-109,91)) kj/mol
= -63,40 kj/mol = -63400 j/mol
∆ Gf° = - RT ln K
-63400 j/mol = - 8,314 J/mol. K x 298 K x ln K
ln K = 25,5896
K = 1,2984 x 1011
Phenol -96,36 kj/mol
Formaldehid -115,90 kj/mol Novolak Resin -36,80 kj/mol
Air -241,80 kj/mol
commit to user Maka panas pembentukan standar (Δ H298) :
Δ Hr =Δ Hproduk - Δ Hreaktan (2-10)
= (-36,80 + (-241,80))–((-96,36) + (-115,90))
= -66,34 KJ/mol = -66340 J/mol
Tanda negatif berarti, reaksi tersebut bersifat eksotermis.
Besarnya konstanta kesetimbangan reaksi dapat dicari dengan rumus : Dari Smith Van Ness Equation (15.17)
K368 = Konstanta kesetimbangan pada suhu 368 K K298 = Konstanta kesetimbangan pada suhu 298 K Tr = Suhu reaksi, 368 K
R = Tetapan gas ideal = 8,314 kJ/mol.K
K
H298
∆ = Panas reaksi standar pada 298 K
commit to user
Karena harga konstanta kesetimbangan sangat besar maka reaksi termasuk
irreversibleke kanan.
2.3 Diagram alir kualitatif
Dapat dilihat pada gambar 2.1 2.4 Diagram alir kuantitatif
Dapat dilihat pada gambar 2.2 2.5 Diagram alir proses
Dapat dilihat pada gambar 2.3 2.6 Langkah proses
Proses pembuatan Resin Novolak dari bahan baku fenol dan formaldehid dapat dibagi dalam 3 tahap, yaitu :
a. Tahap penyiapan bahan baku
Formaldehid dengan kemurnian 99% dan fenol dengan kemurnian 89% serta H2SO4dari tangki penyimpanan dialirkan menuju ke reaktor dan disaat yang bersamaan melarutkan NaOH padat dengan air dalam Mixer (M-01).
b. Tahap Reaksi Dalam Reaktor
Reaksi antara fenol dan formaldehid merupakan reaksi orde 2 yang bersifat eksotermis yang terjadi dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) , menggunakan katalis asam sulfat.
commit to user
larutan recycle dari produk atas Menara Destilasi 1 (MD-01) dan Menara Destilasi 2 (MD-02)
Larutan produk reaktor dengan suhu 95 ºC, 3 atm kemudian dilakukan proses netralisasi asam sulfat (H2SO4) dengan menggunakan larutan natrium hidroksida (NaOH) 40% dari Mixer (M-01) kedalam tangki Netraliser (N-01).
c. Tahap Pemurnian Hasil
Produk Netraliser (N-01) kemudian dialirkan ke Dekanter (D-01) untuk mendapatkan Resin Novolak sesuai dengan spesifikasi pasar, sedang produk yang lain dimurnikan kembali ke Menara Destilasi 1 (MD-01) kemudian produk bawah Menara Destilasi 1 (MD-01) dialirkan ke Menara Destilasi 2 (MD-02)
2.7 Neraca Massa dan Neraca Panas
Produk : Resin Novolak 99%
Kapasitas perancangan : 26.000 ton/tahun Waktu operasi selama 1 tahun : 330 hari
commit to user 2.7.1 Neraca Massa
2.7.1.1 Neraca Massa Total
Tabel 2.1 Neraca Massa Total
2.7.1.2 Neraca Massa Tiap Alat a. Neraca massa di Reaktor
Tabel 2.2 Neraca Massa di sekitar Reaktor
Komponen
Masuk Keluar
Arus 1,2,3 Recycle MD 1(arus 11),
Recycle MD 2(arus13) Arus 4 kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam
CH2O 84,5484 2.536,4519 1,3311 39,9340 1,3311 39,9340
C6H5OH 85,4240 8.029,8519 21,9255 2.060,9929 22,8010 2.143,2954 H2O 56,5717 1.018,2899 14,3768 258,7818 155,4968 2.798,9429
H2SO4 0,1073 10, 5202 0,0000 0,0000 0,1073 10,5202
C7H6O 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 10,5685 8962,1302
Jumlah 226,6514 11595,1141 37,6334 2.359,7087 190,3049 13.954,8228
Total 13.954,8228 kg/jam 13.954,8228 kg/jam
Komponen kg/jam
Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 7 Arus 9 Arus 15
CH2O 2.536,4519
H2O 25,6207 992,4536 0,2147 12,8819 2.556,2590 0,6486
C6H5OH 8.029,8519 82,3025
H2SO4 10,5202
C7H6O 8.962,1293
Na2SO4 15,2436
NaOH 8,5880
jumlah 2.562,0727 9.022,3056 10,7349 21,4699 2.571,5026 9.045,0804
commit to user b. Neraca massa di Mixer
Tabel 2.3 Neraca Massa di sekitar Mixer
Komponen
c. Neraca massa di netralizer
Tabel 2.4 Neraca Massa di sekitar Netralizer
Komponen
Masuk Keluar
arus 4 + arus 7 arus 8
kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam
CH2O 1,3311 39,9340 1,3311 39,9340
H2O 156,2125 2.811,8248 156,4272 2.815,6894
C6H5OH 22,8010 2143,2954 22,8010 2.143,2954
H2SO4 0,1073 10,5202 0,0000 0,0000
C7H6O 10,5685 8.962,1302 10,5685 8.962,1302
Na2SO4 0,0000 0,0000 0,1073 15,2436
NaOH 0,2150 8,5880 0,0000 0,0000
Jumlah 191,2352 13.976,2926 191,2352 13.976,29264
d. Neraca massa di Dekanter
Tabel 2.5 Neraca Massa di sekitar Dekanter
Komponen
Masuk Keluar
arus 8 arus 9 arus 10
kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam
CH2O 1,3311 39,9340 0,0000 0,0000 1,3311 39,9340
H2O 156,4272 2815,6894 142,0144 2556,2590 14,4128 259,4304 C6H5OH 22,8010 2143,2954 0,0000 0,0000 22,8010 2143,2954
H2SO4 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000
C7H6O 10,5685 8962,1302 0,0000 0,0000 10,5685 8962,1302
Na2SO4 0,1073 15,2436 0,1073 15,2436 0,0000 0,0000
NaOH 0,0000 0,0000 0,0000 0,00000 0,0000 0,0000
Jumlah 191,2353 13976,2926 142,1217 2571,5026 49,1135 11404,7900
commit to user d. Neraca massa di menara destilasi 1
Tabel 2.6 Neraca Massa di sekitar Menara Destilasi-01
Komponen
Masuk Keluar
Arus 10 Arus 11 Arus 12
kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam
CH2O 1,3311 39,9340 1,3311 39,9340 0,0000 0,000
H2O 14,4128 259,4304 13,6922 246,4589 0,7206 12,9715
C6H5OH 22,8010 2.143,2954 0,9120 85,7318 21,8890 2.057,5636 C7H6O 10,5685 8.962, 1302 0,0000 0,0000 10,5685 8.962,1302 Jumlah 49,1135 11.404,7900 15,9354 372,1247 33,1782 11.032,6653
Total 11.404,7900 kg/jam 11.404,7900 kg/jam
e. Neraca massa di menara destilasi 2
Tabel 2.7 Neraca Massa di sekitar Menara Destilasi-02
Komponen
Masuk Keluar
Arus 12 Arus 13 Arus 14
kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam
H2O 0,7206 12,9715 0,6846 12,3229 0,0360 0,6486
C6H5OH 21,8890 2.057,5636 21,0134 1.975,2611 0,8756 82,3025 C7H6O 10,5685 8.962,1302 0,0000 0,0009 10,5685 8.962,1293 Jumlah 33,1782 11.032,6653 21,6980 1.987,5849 11,4801 9.045,0804
Total 11.032,6653 kg/jam 11.032,6653 kg/jam
2.7.2 Neraca Panas
Tabel 2.8 Kapasitas panas (kJ/kmol) Cp=A+BT+CT2+DT3
Komponen A B C D
CH2O 1 -0,005 4,0E-03 1,0E-05
H2O 92,053 -0,040 -2,1E-04 5,3E-07
C6H5OH 38,622 0,001 -2,5E-03 2,3E-06
H2SO4 26,004 0,703 -1,4E-03 1,0E-06
C7H6O 26,00 0,70 -0,0013856 1,0342E-06
commit to user 2.7.2.1 Neraca Panas Tiap Alat
a. Neraca panas di reaktor
Tabel 2.9 Neraca Panas di sekitar Reaktor
Keterangan Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)
Panas yang dibawa umpan 233.566,8185
Panas yang dibawa produk 787.473,4056
Panas reaksi -3.512.140,4475
Panas diserap pendingin -4.066.047,0347
-3.278.573,6290 -3.278.573,6290
b. Neraca panas di Mixer
Tabel 2.10 Neraca Panas di sekitar Mixer
Keterangan Input (kJ/jam) Output (kJ/jam) Panas yang dibawa umpan -8.141,1499
Panas yang dibawa produk 363,6829
Panas reaksi 26,4356
Panas diserap pendingin -8.478,3971
-8.114,7142 -8.114,7142
c. Neraca panas di Netralizer
Tabel 2.11 Neraca Panas di sekitar Netralizer
Keterangan Input (kJ/jam) Output (kJ/jam) Panas yang dibawa umpan -1.576.277,1273
Panas yang dibawa produk 1.026.562,3081
Panas reaksi -26.991,9365
Panas diserap pendingin -2.629.831.3719
commit to user d. Neraca panas di Dekanter
Tabel 2.12 Neraca Panas di sekitar Dekanter
Keterangan Input (kJ/jam) Output (kJ/jam) Panas yang dibawa umpan -1.300.008,5043
Panas pelarut 0,1234
Panas yang dibawa produk -1.300.008,5043
Panas yang ditambahkan 0,1234
-1.300.008,3809 -1.300.008,3809
e. Neraca panas di Menara Destilasi 1
Tabel 2.13 Neraca Panas di sekitar Menara Destilasi 1
Komponen Input (kJ/jam) Output (kJ/jam) panas yang dibawa umpan -20.927,5718
panas pada reboiler 2.385.035,2848
panas yang dibawa destilat 45.898,2992
panas yang dibawa bottom 191.113,6248
panas pada kondensor 2.127.095,7889
jumlah 2.364.107,7129 2.364.107,7129
f. Neraca panas di Menara Destilasi 2
Tabel 2.14 Neraca Panas di sekitar Menara Destilasi 2
Komponen Input (kJ/jam) Output (kJ/jam) panas yang dibawa umpan 23.069,1485
panas pada reboiler 1.423.123,2422
panas yang dibawa destilat -512.709,0500
panas yang dibawa bottom 165.289,1098
panas pada kondensor 1.793.612,3310
commit to user
G
am
ba
r
2.
1
D
ia
gr
am
A
lir
K
ua
lita
ti
commit to user
G
am
ba
r
2.
2
D
ia
gr
am
A
lir
K
ua
ntita
commit to user
2.8 Lay Out Pabrik dan Peralatan
2.8.1 Lay Out Pabrik
Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja para pekerja serta keselamatan proses.
Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :
1. Pabrik resin novolak ini merupakan pengembangan, sehingga penentuanlay outdibatasi oleh bangunan yang ada.
2. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa depan.
3. 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.
4. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah outdoor untuk menekan biaya bangunan dan gedung, dan juga karena iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secaraoutdoor.
5. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian dan pengaturan ruangan / lahan.
commit to user
Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu :
a. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual
b. Daerah proses
Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.
c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk.
Merupakan daerah untuk tangki bahan baku dan produk. d. Daerah gudang, bengkel dan garasi.
Merupakan daerah untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.
e. Daerah utilitas
Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan.
commit to user
2.8.2 Lay Out Peralatan
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay
outperalatan proses pada pabrik resin novolak, 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
commit to user 5. Pertimbangan ekonomi
Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik.
6. Jarak antar alat proses
Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan.
(Vilbrant, 1959) Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga : - Kelancaran proses produksi dapat terjamin
- Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia
commit to user
Gambar 2.5 Lay Out Peralatan
Keterangan :
T-01 : Tangki Formaldehid T-02 : Tangki Fenol
T-03 : Tangki Asam Sulfat T-04 : Tangki NaOH R : Reaktor
M : Mixer
N : Netraliser D : Dekanter
commit to user
BAB III
SPESIFIKASI PERALATAN PROSES
3.1. Reaktor
Kode : R-01
Fungsi : Sebagai tempat berlangsungnya reaksi antara reaktan fenol dan formaldehid yang menghasilkan produk Resin Novolak dengan hasil samping berupa air.
Tipe : RATB ( Reaktor Alir Tangki Berpengaduk )
Jumlah : 1
Volume : 8,4890 m3
Kondisi Operasi : T = 95ºC P = 3 atm Waktu Tinggal : 0,535 jam
Material : Low-alloy steel SA-204 grade C
Diameter : 2,349 m
Tinggi : 2,349 m
Tebalshell : 0,0095 m
Jenishead :elliptical dished head
Tebalhead : 0,0098 m
commit to user Pendingin
• Tipe : jaket
• Bahan Pendingin : air sungai
• Lebar jaket : 0,178 m
• Diameter jaket : 2,527 m
• Tinggi jaket : 1,945 m
Pengaduk
• Jenis :Flat Blade Turbinedenganbaffle
• Jumlah : 1 buah
• Diameter : 0,783 m
• Kecepatan putar : 75 rpm
• Motor : 5 hp
3.2. MIXER
Kode : M-01
Fungsi : Membuat larutan NaOH 40%
Tipe : Tangki berpengaduk
Kondisi opersi
Tekanan :1 atm
Suhu : 30ºC
commit to user Spesifikasi
Diameter : 0,2146 m
Tinggi : 0,3016 m
Volume : 0,0094 m3
Tebal shell : 0,0048 m
Jenis head : Bottom torispherical dished head
Tebal head : 0,0035 m
Material :Stainless stell SA 333 Grade 3
Pengaduk
• Jenis :Turbin dengan 6 blade
• Jumlah : 1 buah
• Diameter : 0,0715 m
• Kecepatan putar : 804,5113 rpm
• Motor : 0,75 hp
3.3. NETRALISER
Kode : N-01
Fungsi : Sebagai tempat menetralkan H2SO4produk dari
reaktor
Tipe : Tangki berpengaduk
Kondisi opersi
commit to user
Suhu : 70ºC
Waktu tinggal : 0,5 jam
Spesifikasi
Diameter : 2,219 m
Tinggi : 3,265 m
Volume : 7,1477 m3
Tebal shell : 0,0048 m
Jenis head : Torisperical dished head
Tebal head : 0,0064 m
Material :Carbon stell SA 283 Grade C
Pendingin
• Tipe : jaket
• Bahan Pendingin : air sungai
• Lebar jaket : 0,1778 m
• Diameter jaket : 2,3963 m
• Tinggi jaket : 1,569 m
Pengaduk
• Jenis :Flat Blade Turbinedenganbaffle
• Jumlah : 1 buah
• Diameter : 0,7395 m
• Kecepatan putar : 81 rpm
commit to user
3.4. DEKANTER
Kode : D-01
Fungsi : Sebagai tempat pemisahan produk (Resin
Novolak) dengan Na2SO4dan air
Tipe : Horisontal drum
Kondisi opersi
Suhu : 70ºC
Tekanan :1 atm
Waktu tinggal : 0,798 menit
Spesifikasi
Diameter : 1,535 m
Panjang : 4,606 m
Volume : 7,589 m3
Tebal shell : 0,0048 m
Jenis head : Torisperical dished head
Tebal head : 0,0048 m
commit to user
3.5. Menara Destilasi-01
Kode : MD-01
Fungsi : Memisahkan produk dari impuritas yang tidak menguntungkan
Tipe :Sieve plate tower
Material :Carbon SteelSA 283 garde C
P : 1 atm
Kondisi operasi
• Puncak : T = 117,15ºC
• Umpan : T = 169,35 °C
• Bawah : T = 174,49ºC
Shell/Kolom
• Diameter : 1,19 m
• Tinggi total : 11,95 m
• Tebalshellatas : 0,0047 m
• Tebalshellbawah : 0,0084 m
Head
• Tipe :Torispherical head
• Tebalheadatas : 0,0047 m
• Tebalheadbawah: 0,0047 m
Plate
• Tipe :Sieve tray
commit to user
• Plate spacing : 0,45 m
• Plateumpan : diantaraplateke 5 dan ke 6 dari bawah
3.6. Menara Destilasi-02
Kode : MD-02
Fungsi : Memisahkan produk dari impuritas yang tidak menguntungkan
Tipe :Sieve plate tower
Material :Carbon SteelSA 283 garde C
P : 1 atm
Kondisi operasi
• Puncak : T = 161,65 ºC
• Umpan : T = 180,83 °C
• Bawah : T = 218,84 ºC
Shell/Kolom
• Diameter : 1,25 m
• Tinggi total : 26,19 m
• Tebalshellatas : 0,0047 m
• Tebalshellbawah : 0,0064 m
Head
• Tipe :Torispherical head
• Tebalheadatas : 0,0047 m
commit to user
Plate
• Tipe :Sieve tray
• Jumlahplate : 38
• Plate spacing : 0,5 m
• Plateumpan : diantaraplateke 5 dan ke 6 dari bawah
3.7. Reboiler-01
Kode : RB-01
Fungsi : Memanaskan produk bawah Menara Distilasi 01 Tipe :Kettle boiler
Beban panas : 872.892,11 Btu/jam Luas transfer panas : 3,045 m2
Pipa dalam
• Fluida : hasil bawah Menara Distilasi
• Kapasitas : 11.404,7 kg/jam
• Material :Carbon Steel SA 283 grade C
• Suhu : T in = 174,34 ºC
T out = 174,75 ºC
• OD : 0,0605 m
• SN : 40
• ID : 0,0221 m
• Panjang : 4,8768 m
commit to user Pipa luar
• Fluida : saturated steam
• Kapasitas : 1.383,16 lb/jam
• Material :Carbon SteelSA 283 grade D
• Suhu : T in = 250ºC
T out = 250ºC
• IPS : 0,0508 m
• OD : 0,0254 m
• SN : 40
• ID : 0,0221 m
Uc : 807,69 Btu/j.F.ft2
Ud : 196,00 Btu/j.F.ft2
Rdrequired : 0,00387 j.F.ft2/Btu
Rd : 0,003 j.F.ft2/Btu
3.8. Reboiler-02
Kode : RB-02
Fungsi : Memanaskan produk bawah Menara Distilasi 02 Tipe :Kettle boiler
Beban panas : 1.333.853,12 Btu/jam Luas transfer panas : 6,0924 m2
Pipa dalam
commit to user
• Kapasitas : 11.032,6 kg/jam
• Material :Carbon Steel SA 283 grade C
• Suhu : T in = 174,34 ºC
T out = 205,39 ºC
• OD : 0,0254 m
• SN : 40
• ID : 0,0221 m
• Panjang : 4,8768 m
• Jumlahtube : 21
Pipa luar
• Fluida : saturated steam
• Kapasitas : 958,704 kg/jam
• Material :Carbon SteelSA 283 grade D
• Suhu : T in = 250ºC
T out = 250ºC
• IPS : 0,0317 m
• OD : 0,4889 m
• SN : 40
• ID : 0,3667 m
Uc : 807,70 Btu/j.F.ft2
Ud : 192 Btu/j.F.ft2
Rdrequired : 0,00377 j.F.ft2/Btu
commit to user
3.9. Kondensor-01
Kode : CD-01
Fungsi : Mengembunkan hasil atas menara distilasi 01 sebagai refluk
Tipe :Double Pipe Heat Exchanger
Beban panas : 663.014,05 Btu/jam Luas transfer panas : 12,5198 m2
Pipa dalam
• Fluida : air sungai
• Kapasitas : 2.611,72 kg/jam
• Suhu : T in = 35ºC
T out = 45ºC
• IPS : 0,0508 m
• OD : 0,0605 m
• SN : 80
Pipa luar
• Fluida : produk atas Menara Distilasi
• Kapasitas : 812,506 kg/jam
• Material :Carbon Steel SA 283 grade C
• Suhu : T in = 116,74ºC
T out = 50,17ºC
• IPS : 0,0762 m
commit to user
• SN : 40
• Panjanghair pin : 0,096 m
• Jumlahhair pin : 46
Uc : 160,65 Btu/j.F.ft2
Ud : 85 Btu/j.F.ft2
Rdrequired : 0,12 j.F.ft2/Btu
Rd : 0,003 j.F.ft2/Btu
3.10. Kondensor-02
Kode : CD-02
Fungsi : Mengembunkan hasil atas menara distilasi sebagai refluk
Tipe :Double Pipe Heat Exchanger
Beban panas : 1.712.328,66 BTU/jam Luas transfer panas : 3,1643 m2
Pipa dalam
• Fluida : air sungai
• Kapasitas : 1.088,62 kg/jam
• Suhu : T in = 35ºC
T out = 70ºC
• IPS : 0,0508 m
• OD : 0,0604 m
commit to user Pipa luar
• Fluida : produk atas Menara Distilasi
• Kapasitas : 812,506 kg/jam
• Material :Carbon Steel SA 283 grade C
• Suhu : T in = 184,95ºC
T out = 176,18ºC
• IPS : 0,0762 m
• OD : 0,0889 m
• SN : 40
• Panjanghair pin : 6,096 m
• Jumlahhair pin : 46
Uc : 212.223,01 Btu/j.F.ft2
Ud : 85,00 Btu/j.F.ft2
Rdrequired : 0,003 j.F.ft2/Btu
Rd : 0,395 j.F.ft2/Btu
3.11. Accumulator 01
Kode : ACC-01
Tugas : Menampung cairan setelah keluar dari CD-01
Jenis :Horisontal drumdengantorispherical head
commit to user
Volume : 0,0386 m3
Bahan :Alloysteel SA 240 Grade C
Kondisi : Tekanan : 0,99 atm
Suhu : 50,17˚C
Dimensi
Diameter tangki : 0,251 m
Panjang tangki : 0,754 m
Tebalshell :3/16in = 0,0048 m Dimensihead
Tebalhead :3/16in = 0,0048 m
Panjanghead : 0,093 m
3.12.Accumulator 02
Kode : ACC-02
Tugas : Menampung cairan setelah keluar dari CD-02
Jenis :Horisontal drumdengantorispherical head
Jumlah : 1 buah
Volume : 0,2012 m3
commit to user
Kondisi : Tekanan : 0,75 atm
Suhu : 162,79˚C
Dimensi
Diameter tangki : 0,436 m
Panjang tangki : 1,307 m
Tebalshell :3/16in = 0,0048 m Dimensihead
Tebalhead :3/16in = 0,0048 m
Panjanghead : 0,1122 m
3.13. Heat Exchanger-01
Kode : HE-01
Fungsi : Memanaskan produk keluaran D-01 ke MD-01 Tipe :Double pipe heat exchanger
Jumlah : 1 buah
Beban panas : 2.784.132,0497 kJ/jam Luas transfer panas : 5,5474 m2
Pipa dalam
• Fluida : fluida panas
• Kapasitas : 1.545,4633 kg/jam
• Material :Carbon Steel SA 283 grade C
commit to user T out = 232ºC
• IPS : 0,0762 m
• OD : 0,0889 m
• SN : 40
• ID : 0,0779 m
• Panjanghair pin : 3,6576 m
• Jumlahhair pin : 4
Pipa luar
• Fluida : fluida dingin
• Kapasitas : 11.404,7900 kg/jam
• Material :Carbon SteelSA 283 grade D
• Suhu : T in = 95ºC
T out = 169ºC
• IPS : 0,0508 m
• OD : 0,0604 m
• SN : 40
• ID : 0,0525 m
Uc : 1240,21 BTU / hr . Ft2. F Ud : 209,76 BTU / hr . Ft2. F Rdrequired : 0,003 hr. ft2. F / BTU
commit to user
3.14. Heat Exchanger-02
Kode : HE-02
Fungsi : Memanaskan produk keluaran MD-01 ke MD-02 Tipe :Double pipe heat exchanger
Jumlah : 1 buah
Beban panas : 1.530.725,95 kJ/jam Luas transfer panas : 5,5472 m2
Pipa dalam
• Fluida : fluida panas
• Kapasitas : 849,692 kg/jam
• Material :Carbon Steel SA 283 grade C
• Suhu : T in = 232 ºC
T out = 232ºC
• IPS : 0,0762 m
• OD : 0,0889 m
• SN : 40
• ID : 0,0779 m
• Panjanghair pin: 3,6576 m
• Jumlahhair pin: 4
Pipa luar
• Fluida : fluida dingin
• Kapasitas : 11.032,6 kg/jam
commit to user
• Suhu : T in = 174,75ºC
T out = 180,83ºC
• IPS : 0,0508 m
• OD : 0,0604 m
• SN : 40
• ID : 0,0525 m
Uc : 1181,71 BTU / hr . Ft2. F Ud : 248,25 BTU / hr . Ft2. F Rdrequired : 0,003 hr. ft2. F / BTU
Rd : 0,0032 hr. ft2. F / BTU
3.15. Heat Exchanger-03
Kode : HE-03
Fungsi : Mendinginkan produk keluaran MD-02 ke tangki Novolak
Tipe :Double pipe heat exchanger
Jumlah : 1 buah
Beban panas : 81.302,83 Btu/jam Luas transfer panas : 1,3870 m2
Pipa dalam
• Fluida : air sungai
• Kapasitas : 2.012,46 kg/jam
commit to user
• Suhu : T in = 30ºC
T out = 40ºC
• IPS : 0,0762 m
• OD : 0,0889 m
• SN : 40
• ID : 0,0779 m
• Panjanghair pin: 3,6576 m
• Jumlahhair pin: 1
Pipa luar
• Fluida : produk MD-02
• Kapasitas : 378,786 kg/jam
• Material :Carbon SteelSA 283 grade D
• Suhu : T in = 205,39ºC
T out = 35ºC
• IPS : 0,0508 m
• OD : 0,0602 m
• SN : 40
• ID : 0,0525 m
Uc : 127,41 BTU / hr . Ft2. F
Ud : 66,01 BTU / hr . Ft2. F
Rdrequired : 0,003 hr. ft2. F / BTU
commit to user
3.16. Tangki Formaldehid
Kode : T-01
Fungsi : Menyimpan formaldehid fase cair selama 1 bulan Tipe : Tangki silinder horizontal
Kondisi operasi : T = 30 ºC P = 3,1 atm
Material :Carbon steel SA-283 grade C
Kapasitas : 2.664,60 m3
Diameter : 8,91 m
Panjang : 53,46 m
Tebalshell : 0,0160 m
Tebalhead : 0,0095 m
3.17. Tangki Fenol
Kode : T-02
Fungsi : Menyimpan fenol fase cair selama 1 bulan Tipe : Tangki silinder tegak dengan dasar datar (flat
bottom) dan bagian atas berbentuk kerucut (conical)
Kondisi operasi : T = 30ºC P = 1 atm
Material :Carbon steel SA-283 grade C
commit to user
Diameter : 30,48 m
Tinggi : 12,8016 m
Tebalshell :
course 1 = 0,0571 m course 2 = 0,0539 m course 3 = 0,0476 m course 4 = 0,0444 m course 5 = 0,0413 m course 6 = 0,0381 m course 7 = 0,0317 m
Tebalhead : 0,0286 m
Tinggihead : 5,5471 m Tinggi total : 18,3487 m
3.18. Tangki Asam Sulfat
Kode : T-03
Fungsi : Menyimpan asam sulfat selama 1 bulan Tipe : Tangki silinder tegak dengan dasar datar ( falt
bottom ) dan bagian atas berbentuk kerucut ( conical )
Jumlah : 1 buah
Kondisi operasi : T = 30 ºC P = 1 atm
Material :Carbon steel SA-283 grade C
commit to user
Diameter : 6,096 m
Tinggi : 1,8288 m
Tebalshell :Course1 = 0,0095 m
Tebalhead : 0,0286 m
Tinggihead : 1,109 m Tinggi total : 2,9383 m
3.19. Tangki NaOH
Kode : T-04
Fungsi : Menyimpan NaOH fase cair selama 1 bulan Tipe : Tangki silinder tegak dengan dasar datar (flat
bottom) dan bagian atas berbentuk kerucut (conical)
Kondisi operasi : T = 30 ºC P = 1 atm
Material :Carbon steel SA-283 grade C
Kapasitas : 6,1147 m3
Diameter : 6,096 m
Tinggi : 1,8288 m
Tebalshell :
course 1 = 0,0111 m
Tebalhead : 0,0286 m
commit to user Tinggi total : 2,9383 m
3.20. Tangki Resin Novolak
Kode : T-05
Fungsi : Menyimpan resin novolak selama 1 bulan Tipe : Tangki silinder tegak dengan dasar datar (flat
bottom) dan bagian atas berbentuk kerucut (conical)
Kondisi operasi : T = 35 ºC P = 1 atm
Material :Carbon steel SA-283 grade C
Kapasitas : 7.573,19 m3
Diameter : 36,576 m
Tinggi : 7,3152 m
Tebalshell :
course 1 = 0,0572 m course 2 = 0,0476 m course 3 = 0,0444 m course 4 = 0,0381 m
Tebalhead : 0,0286 m
commit to user
3.21. Pompa 1
Kode : P-01
Fungsi : Mengalirkan fenol ke reaktor
Tipe : sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 104,05
Tenaga pompa : 1 Hp
Tenaga motor : 2 Hp
NPSHrequired : 2,6758 m NPSHavailable : 3,2696 m Pipa
Nominal = 0,0889 m
SN = 40
OD pipa = 0,1016 m
ID pipa = 0,0901 m
A inside = 0,0064 m2
3.22. Pompa 2
Kode : P-02
Fungsi : Mengalirkan H2SO4ke reaktor
Tipe : sentrifugal
Jumlah : 1
commit to user Tenaga motor : 0,05 Hp
NPSHrequired : 0,0235 m NPSHavailable : 3,7469 m Pipa
Nominal = 0,0064 m
SN = 40
OD pipa = 0,0137 m
ID pipa = 0,0092 m
A inside = 0,0007 ft2
3.23. Pompa 3
Kode : P-03
Fungsi : Mengalirkan NaOH padat ke T-04 ke M-01
Tipe : sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 0,232 Tenaga pompa : 0,05 Hp Tenaga motor : 0,05 Hp NPSHrequired : 0,0457 m NPSHavailable : 0,8778 m Pipa
Nominal = 0,25 in
SN = 40
OD pipa = 0,0137 m
commit to user A inside = 0,0007 ft2
3.24. Pompa 4
Kode : P-04
Fungsi : Mengalirkan NaOH 40% dari M-01 ke netralizer
Tipe : sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 0,1419 Tenaga pompa : 0,05 Hp Tenaga motor : 0,05 Hp NPSHrequired : 0,0329 m NPSHavailable : 2,1171 m Pipa
Nominal = 0,25 in
SN = 40
OD pipa = 0,0137 m
ID pipa = 0,0092 m
A inside = 0,0007 ft2
3.25. Pompa 5
Kode : P-05
Fungsi : Mengalirkan produk dari nrtralizer ke dekanter
Tipe : sentrifugal
Jumlah : 1
commit to user Tenaga pompa : 5 Hp
Tenaga motor : 5 Hp NPSHrequired : 3,4137 m NPSHavailable : 3,5022 m Pipa
Nominal = 0,1016 m
SN = 40
OD pipa = 0,1143 m
ID pipa = 0,1023 m
A inside = 0,0082 m2
3.26. Pompa 6
Kode : P-06
Fungsi : Mengalirkan produk bawah dekanter ke bak penampung
Tipe : sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 30,2807 Tenaga pompa : 0,5 Hp Tenaga motor : 0,75 Hp NPSHrequired : 1,1750 m NPSHavailable : 1,3128 m Pipa
commit to user
SN = 40
OD pipa = 0,0603 m
ID pipa = 0,0525 m
A inside = 0,0021 m2
3.27. Pompa 7
Kode : P-07
Fungsi : Mengalirkan produk dari dekanter ke MD-01
Tipe : sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 122,4607 Tenaga pompa : 0,33 Hp
Tenaga motor : 0,5 Hp
NPSHrequired : 2,9828 m NPSHavailable : 4,9402 m Pipa
Nominal = 0,0889 m
SN = 40
OD pipa = 0,1016 m
ID pipa = 0,0901 m
A inside = 0,0064 m2
3.28. Pompa 8
Kode : P-08
commit to user
Tipe : sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 3,9482 Tenaga pompa : 1,12 Hp Tenaga motor : 1,87 Hp NPSHrequired : 0,3021 m NPSHavailable : 7,4950 m Pipa
Nominal = 0,0191 m
SN = 40
OD pipa = 0,0267 m
ID pipa = 0,0209 m
A inside = 0,0003 m2
3.29. Pompa 9
Kode : P-09
Fungsi : Mengalirkan produk MD-01 ke MD-02
Tipe : sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 118,5124
Tenaga pompa : 1,5 Hp
Tenaga motor : 1,5 Hp
commit to user Pipa
Nominal = 0,0889 m
SN = 40
OD pipa = 0,1016 m
ID pipa = 0,0901 m
A inside = 0,0064 m2
3.30. Pompa 10
Kode : P-10
Fungsi : Mengalirkan hasil atas MD-02 ke reaktor
Tipe : sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 21,2973
Tenaga pompa : 20 Hp
Tenaga motor : 25 Hp
NPSHrequired : 0,9293 m NPSHavailable : 21,8112 m Pipa
Nominal = 0,0508 m
SN = 40
OD pipa = 0,0603 m
ID pipa = 0,0525 m
commit to user
3.31. Pompa 11
Kode : P-11
Fungsi : Mengalirkan hasil bawah MD-02 ka tangki Novolak
Tipe : sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 100,9042
Tenaga pompa : 1,5 Hp
Tenaga motor : 3 Hp
NPSHrequired : 2,6216 m NPSHavailable : 2,6694 m Pipa
Nominal = 0,0889 m
SN = 40
OD pipa = 0,1016 m
ID pipa = 0,0901 m
commit to user
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 Resin Novolak 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 Resin Novolak ini, sumber air yang digunakan berasal dari air sungai Bengawan Solo, 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, air konsumsi umum dan sanitasi.
4.1.1.1 Air Pendingin dan Air Proses
commit to user
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 pengendapan secara kimia. Kotoran-kotoran yang tersuspensi dalam air digumpalkan dan diendapkan dalam bak penggumpal dengan menambahkan bahan-bahan kimia, alumunium sulphat atau
commit to user
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 tetapi dalam proses Resin Novolak ini tidak ada penggunaan air proses. Sedangkan air pendingin digunakan sebagai fluida dingin pada heat exchanger dan cooling towerdapat dilihat dari tabel 4.1
Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin No. Kode Alat Kebutuhan (kg/jam)
1 CD-01 2.201,16
2 CD-02 1.088,67
3 HE-03 2.012,46
4 jaket-01 166.663,60
5 jaket-02 145.792,54
6 CT 6 .176,22
Total 323.934,65
commit to user
4.1.1.2 Air UmpanBoiler
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
alkalinitastinggi.
Tahapan pengolahan air agar dapat digunakan sebagai air umpan boiler
meliputi:
1. Tahap pengolahan air sungai
Air umpanboileryang digunakan berasal dari air sungai dimana pengolahan awal yang dilakukan sama dengan pengolahan air sungai.
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
commit to user 4. Deaerasi
Unit deaerator berfungsi menghilangkan gas tersebut. 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 (IV-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 pendingin yang digunakan dalam proses sehari-hari berasal dari air pendingin yang telah digunakan dalam pabrik yang kemudian didinginkan pada cooling tower. Kehilangan air karena penguapan, terbawa tetesan oleh udara maupun dilakukannyablow down di
