TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METIL KLORIDA DARI METANA DAN KLORIN DENGAN PROSES THERMAL CHLORINATION KAPASITAS TON/TAHUN.

(1)

commit to user

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK METIL KLORIDA

DARI METANA DAN KLORIN DENGAN PROSES

THERMAL CHLORINATION KAPASITAS 42.500 TON/TAHUN

Disusun Oleh :

Hayyu Henfiana

I 0507041

Mochammad Agung Indra Iswara I 0507068

PROGRAM STUDI S1 REGULER TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

(3)

commit to user

ii

Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan Prarancangan Pabrik Metil Klorida dari Metana dan Klorin dengan Proses Thermal Chlorination Kapasitas 42.500 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. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Muljadi, M.Si selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.

3. Ir. Endah Retno D., M.T. dan Y.C. Danarto S.T., M.T. selaku Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir.

4. Ir. Paryanto M.S. dan Bregas Siswahyono T.S., S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik.

5. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS. 6. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya.

7. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya Angkatan 2007.

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)

commit to user

_iii DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi ... iii

Daftar Tabel ... ix

Daftar Gambar ... xii

Intisari ... xiii

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

I.2 Penentuan Kapasitas Produksi ... 3

I.2.1 Kebutuhan Metil Klorida ... 3

I.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ... 4

I.2.3 Kapasitas Rancang Minimum ... 5

I.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ... 5

I.4 Tinjauan Pustaka ... 7

I.4.1 Macam-macam Proses Pembuatan Metil Klorida ... 7

I.4.2 Kegunaan Produk ... 10

I.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ... 10

1.4.3.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku ... 10

1.4.3.2 Sifat Fisis dan Kimia Produk ... 12

(5)

commit to user

_iv BAB II DESKRIPSI PROSES

II.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 18

II.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... 18

II.1.2 Spesifikasi Produk ... 19

II.2 Konsep Proses ... 21

II.2.1 Dasar Reaksi ... 21

II.2.2 Mekanisme Reaksi ... 22

II.2.3 Kondisi Operasi ... 23

II.2.4 Tinjauan Kinetika ... 24

II.2.5 Tinjauan Termodinamika ... 25

II.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ... 27

II.3.1 Diagram Alir Proses ... 27

II.3.2 Uraian Proses ... 31

II.3.2.1 Penyiapan Bahan Baku ... 31

II.3.2.2 Reaksi Pembentukan Metil Klorida ... 32

II.3.2.3 Tahap Pemurnian Produk ... 32

II.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 35

II.4.1 Neraca Massa Total ... 35

II.4.2 Neraca Massa Alat ... 36

II.4.3 Neraca Panas Total ... 40

II.4.4 Neraca Panas Alat ... 41

II.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses ... 44

(6)

commit to user

_v

II.5.2 Tata Letak Peralatan Proses ... 47

BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES III.1 Tangki Penyimpanan Bahan Baku ... 49

III.2 Tangki Penyimpanan Produk ... 50

III.3 Reaktor ... 53

III.4 Absorber ... 54

III.5 Neutralizer ... 55

III.6 Separator ... 56

III.7 Menara Destilasi ... 58

III.8 Kondensor ... 59

III.9 Reboiler ... 62

III.10 Akumulator ... 65

III.11 Penukar Panas ... 66

III.12 Pompa ... 70

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM IV.1 Unit Pendukung Proses ... 74

IV.1.1 Unit Pengadaan Air dan Pendingin Reaktor ... 75

IV.1.1.1 Air Pendingin ... 75

IV.1.1.2 Air Proses ... 77

IV.1.1.3 Air Konsumsi dan Sanitasi ... 78

IV.1.1.4 Air Umpan Boiler ... 79

IV.1.1.5 Pendingin Reaktor ... 84

(7)

commit to user

_vi

IV.1.3 Unit Pengadaan Steam ... 85

IV.1.4 Unit Pengadaan Listrik ... 88

IV.1.4.1 Listrik untuk keperluan proses dan utilitas ... 88

IV.1.4.2 Listrik untuk penerangan ... 90

IV.1.4.3 Listrik untuk AC ... 92

IV.1.4.4 Listrik untuk laboratorium dan instrumentasi.. 92

IV.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 93

IV.1.6 Unit Pengolah Limbah ... 94

IV.1.7 Unit Refrigerasi ... ... 97

IV.2 Laboratorium ... 97

IV.2.1 Laboratorium Fisik dan Analitik ... 99

IV.2.2 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 99

IV.2.3 Prosedur Analisa Bahan Baku dan Produk Utama .... 99

IV.2.4 Prosedur Analisa Proses dan Produk Samping ... 100

IV.2.5 Prosedur Analisa Air ... 101

IV.3 Kesehatan dan Keselamatan Kerja ... 102

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN V.1 Bentuk Perusahaan ... 103

V.2 Struktur Organisasi ... 104

V.3 Tugas dan Wewenang ... 109

V.3.1 Pemegang Saham ... 109

V.3.2 Dewan Komisaris ... 109

(8)

commit to user

_vii

V.3.4 Staf Ahli ... 111

V.3.5 Kepala Bagian ... 111

V.3.6 Kepala Seksi ... 115

V.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 115

V.4.1 Karyawan Non Shift ... 116

V.4.2 Karyawan Shift ... 116

V.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 118

V.5.1 Karyawan Tetap ... 118

V.5.2 Karyawan Harian ... 118

V.5.3 Karyawan Borongan ... 118

V.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ... 118

V.6.1 Penggolongan Jabatan ... 118

V.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ... 119

V.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 120

BAB VI ANALISA EKONOMI VI.1 Penaksiran Harga Peralatan ... 123

VI.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 125

VI.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ... 127

VI.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) ... 128

VI.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost) ... 129

VI.3.1 Manufacturing Cost ... 129

VI.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) ... 129

(9)

commit to user

_viii

VI.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) ... 130

VI.3.2 General Expense (GE) ... 130

VI.4 Keuntungan Produksi ... 131

VI.5 Analisa Kelayakan ... 131

Daftar Pustaka ... xiv Lampiran

(10)

commit to user

_ix DAFTAR TABEL

Tabel I.1 Data Impor Metil Klorida Dalam Negeri ... 3

Tabel I.2 Data Produsen Metil Klorida di Amerika Serikat ... 5

Tabel II.1 Harga Gf o masing-masing komponen ... 25

Tabel II.2 Harga Hfo masing-masing komponen ... 26

Tabel II.3 Neraca Massa Total ... 35

Tabel II.4 Neraca Massa di TEE 1 ... 36

Tabel II.5 Neraca Massa di TEE 2 ... 36

Tabel II.6 Neraca Massa Reaktor ... 37

Tabel II.7 Neraca Massa Absorber ... 37

Tabel II.8 Neraca Massa Neutralizer ... 38

Tabel II.9 Neraca Massa Separator 2 ... 38

Tabel II.10 Neraca Massa Arus Purging ... 39

Tabel II.11 Neraca Massa Menara Distilasi 1 (MD-01) ... 39

Tabel II.14 Neraca Panas Total ... 40

Tabel II.15 Neraca Panas di TEE 1 ... 41

Tabel II.16 Neraca Panas Reaktor ... 41

Tabel II.17 Neraca Panas Absorber ... 41

Tabel II.18 Neraca Panas Neutralizer ... 42

(11)

commit to user

_x

Tabel II.20 Neraca Panas Menara Distilasi 1 (MD-01) ... 42

Tabel II.21 Neraca Panas Menara Destilasi 2 (MD-02) ... 43

Tabel II.22 Neraca Panas Menara Destilasi 3 (MD-03) ... 43

Tabel II.23 Neraca Panas Separator 1 (SP-01) ... 43

Tabel III.1 Spesifikasi Tangki Penyimpan Bahan Baku ... 49

Tabel III.2 Spesifikasi Tangki Penyimpan Produk ... 50

Tabel III.3 Spesifikasi Reaktor ... 53

Tabel III.4 Spesifikasi Absorber ... 54

Tabel III.5 Spesifikasi Neutralizer ... 55

Tabel III.6 Spesifikasi Separator 1 ... 56

Tabel III.7 Spesifikasi Separator 2 ... 57

Tabel III.8 Spesifikasi Menara Distilasi ... 58

Tabel III.9 Spesifikasi Kondensor ... 59

Tabel III.10 Spesifikasi Reboiler ... 62

Tabel III.11 Spesifikasi Akumulator ... 65

Tabel III.12 Spesifikasi Penukar Panas ... 66

Tabel III.13 Spesifikasi Pompa ... 70

Tabel IV.1 Kebutuhan air pendingin ... 76

Tabel IV.2 Kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi ... 78

Tabel IV.3 Kebutuhan listrik untuk keperluan proses dan utilitas ... 89

Tabel IV.4 Jumlah Lumen berdasarkan luas bangunan ... 90

Tabel IV.5 Total kebutuhan listrik pabrik ... 92

(12)

commit to user

_xi

Tabel V.2 Perincian Jumlah Karyawan dan Gaji dalam Rupiah ... 119

Tabel VI.1 Indeks Harga Alat ... 124

Tabel VI.2 Modal Tetap ... 127

Tabel VI.3 Modal Kerja ... 128

Tabel VI.4 Direct Manufacturing Cost ... 129

Tabel VI.5 Indirect Manufacturing Cost ... 129

Tabel VI.6 Fixed Manufacturing Cost ... 130

Tabel VI.7 General Expense ... 130

(13)

commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1 Grafik Data Impor Metil Klorida ... 4

Gambar I.2 Lokasi Pendirian Pabrik Metil Klorida ... 7

Gambar II.1 Grafik Konstanta Kecepatan Reaksi Klorinasi Metana ... 24

Gambar II.2 Diagram Alir Kualitatif ... 28

Gambar II.3 Diagram Alir Kuantitatif ... 29

Gambar II.4 Diagram Alir Proses ... 30

Gambar II.5 Tata Letak Pabrik ... 46

Gambar II.6 Tata Letak Peralatan Proses ... 48

Gambar IV.1 Skema Pengolahan Air Tanah ... 84

Gambar IV.2 Skema Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) ... 95

Gambar V.1 Struktur Organisasi Pabrik Metil Klorida ... 108

Gambar VI.1 Chemical Engineering Cost Index ... 124

(14)

commit to user

xiii INTISARI

Hayyu Henfiana dan Mochammad Agung Indra Iswara, 2012, Prarancangan Pabrik Metil Klorida dari Metana dan Klorin Kapasitas dengan Proses Thermal Chlorination 42.500 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Metil klorida banyak digunakan sebagai bahan intermediate untuk produksi fluida silikon, elastomer, dan resin. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dan luar negeri, maka dirancang pabrik metil klorida berkapasitas 42.500 ton/tahun dengan bahan baku metana 72.412,82 ton/tahun dan klorin 187.216,80 ton/tahun. Selain itu dihasilkan produk samping berupa metilen klorida sebesar 47.337,69 ton/tahun, kloroform sebesar 14.903,86 ton/tahun, karbon tetraklorida sebesar 11.264,94 ton/tahun dan asam klorida sebesar 278.633,34 ton/tahun. Dengan memerhatikan beberapa faktor, seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, dan utilitas, maka lokasi pabrik yang cukup strategis adalah di Kawasan Industri Bontang, Kalimantan Timur.

Reaksi pembuatan metil klorida dilakukan dengan mereaksikan metana

dan klorin dalam Reaktor Alir Pipa (RAP) Multitube pada suhu 2750C-4500C dan

tekanan 3 atm. Panas yang timbul dari reaksi diambil dengan Dowtherm A yang dialirkan di shell reaktor. Produk gas keluar reaktor masuk ke absorber untuk mengurangi kandungan asam klorida. Produk absorber berupa asam klorida 35% berat dijual sebagai produk samping dan produk atas masuk neutralizer untuk menghilangkan sisa HCl dengan mereaksikan dengan NaOH membentuk NaCl yang dijual sebagai produk samping. Hasil atas neutralizer masuk separator 2 untuk memisahkan metana dan klorometan. Metana direcycle ke reaktor dan klorometan dipisahkan dengan menara destilasi. Gas hasil atas Menara Destilasi 1 yaitu metil klorida 99,98% berat sebagai produk utama sedangkan hasil bawah sebagai produk samping diumpankan ke Menara Distilasi 2. Hasil atas berupa metilen klorida 99,99% berat dan hasil bawah diumpankan ke Menara Distilasi 3 untuk dimurnikan. Hasil atas berupa kloroform 99,93% berat sebagai hasil atas dan hasil bawah berupa karbon tetraklorida 99,86% berat. Peralatan proses yang ada antara lain separator, reaktor, absorber, neutralizer, menara distilasi,dan pompa.

Unit pendukung proses didirikan untuk menunjang proses produksi yang terdiri dari unit pendingin reaktor penyediaan air pendingin, listrik, bahan bakar, dan unit pengolahan limbah. Laboratorium berfungsi menjaga mutu bahan baku dan kualitas produk sesuai spesifikasi. Dalam pabrik tersebut terdapat tiga buah laboratorium, yaitu laboratorium fisik; analitik; dan penelitian dan pengembangan. Bentuk perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift .

Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik metil klorida diperoleh bahwa total investasi (TCI) sebesar Rp 941.161.207.301,- dan total biaya produksi (Production Cost) Rp 1.020.912.890.170,-. Dari analisa kelayakan diperoleh hasil ROI sebelum pajak 43,06% dan setelah pajak 32,31%. POT sebelum pajak 1 tahun sebesar 1,7 tahun dan setelah pajak 2,1 tahun, BEP 42,24%, SDP 17,02% dan DCF sebesar 29,18%. Dari analisa ekonomi tersebut, dapat diambil kesimpulan bahwa pendirian pabrik metil klorida dengan kapasitas 42.500 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.

(15)

commit to user

Bab I Pendahuluan 1

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik

Metil klorida merupakan senyawa chloromethane selain metilen klorida, kloroform dan karbon tetraklorida. Senyawa chloromethane terbentuk ketika atom hidrogen dari metana tersubtitusi oleh klorin (klorinasi metana). Apabila satu

atom hidrogen terganti oleh klorin disebut senyawa metil klorida (CH3Cl), jika

dua, metilen klorida (CH2Cl2); tiga, kloroform (CHCl3); empat, karbon

tetraklorida (CCl4) (Mc. Ketta, 1979). Oleh karena itu klorin yang diproduksi

dunia dimana 36% digunakan untuk membuat monomer vinyl chloride juga akan lebih menguntungkan jika sebagian dijadikan bahan baku untuk membuat senyawa chloromethane, karena chloromethane lebih mempunyai harga daripada klorin. Selain itu, Indonesia adalah salah satu negara penghasil klorin, maka senyawa chloromethane seperti metil klorida layak diproduksi di dalam negeri.

Metil klorida yang dihasilkan di Amerika Serikat sebanyak 92% digunakan sebagai feedstock dalam pembuatan bahan lanjutan metil klorosilane. Metil klorosilane digunakan dalam produksi fluida silikon, elastomer, dan resin, namun paling besar digunakan sebagai fluida silikon, yaitu sebagai bahan pembantu seperti agent antifoaming, agent pelepasan, dan pelumas ringan. Metil klorida juga digunakan dalam bidang kimia untuk produk konsumsi seperti kosmetik, auto polishes, pelitur furniture, dan lapisan kertas (OxyChem Technical Information, 2009). Metil klorida juga digunakan dalam sintesis berbagai senyawa, dan sebagai pengekstraks untuk lemak, minyak, dan resin. Metil klorida

(16)

commit to user

2

Prarancangan Pabrik Metil Klorida dari Metana dan Klorin dengan Proses Thermal Chlorination

Kapasitas 42.500 Ton/Tahun

Bab I Pendahuluan

juga telah digunakan sebagai bahan pembakar dalam aerosol dan sebagai refrigerant (Spevak et al, 1976).

Pabrik metil klorida dengan proses klorinasi juga layak dirancang karena termasuk minim dalam pencemaran lingkungan. Hal ini disebabkan dalam produksinya tidak ada bahan samping atau limbah yang secara langsung dihasilkan dan dibuang. Selain metil klorida akan dihasilkan juga bahan kimia lainnya seperti metilen klorida, kloroform, karbon tetraklorida, dan asam klorida yang semuanya dapat dijual. Oleh karenanya dengan mencegah kebocoran selama proses dan menjaga suhu klorinasi yang aman, maka efek buruk terhadap lingkungan dan makhluk hidup sekitar dapat dicegah.

Indonesia sebagai negara berkembang, terlebih lagi memasuki era perdagangan bebas, dituntut untuk mampu bersaing dengan negara-negara lain dalam bidang industri dan sektor industri kimia memegang peranan penting untuk

memajukan perindustrian di Indonesia. Perkembangan industri sangat

berpengaruh pada pertumbuhan ekonomi Indonesia dalam menghadapi pasar bebas. Inovasi proses produksi maupun pembangunan pabrik baru yang menghasilkan produk bernilai ekonomis lebih tinggi semisal metil klorida sangat diperlukan untuk menambah devisa negara. Disamping itu pendirian pabrik metil klorida dapat mendorong pertumbuhan dan perkembangan industri-industri kimia lain dan akan menyerap sebagian tenaga kerja dalam negeri.

Pendirian pabrik metil klorida ini dapat dirancang untuk berproduksi dengan kapasitas kurang lebih 42.500 ton per tahun dan diorientasikan untuk ekspor ke luar negeri.

(17)

commit to user

Bab I Pendahuluan

I.2. Penentuan Kapasitas Produksi

Kapasitas produksi dapat diartikan sebagai jumlah maksimal output yang dapat diproduksi dalam satuan waktu tertentu. Pabrik yang didirikan harus mempunyai kapasitas produksi yang optimal yaitu jumlah dan jenis produk yang dihasilkan harus dapat menghasilkan laba maksimal dengan biaya yang minimal. Kapasitas produksi dirancang dengan pertimbangan-pertimbangan :

1. Kebutuhan metil klorida

Untuk memenuhi kebutuhan metil klorida di dalam negeri, Indonesia masih mengimpor negara lain. Data impor metil klorida dalam negeri ditunjukkan pada tabel I.1.

Tabel I.1 Data Impor Metil Klorida Dalam Negeri

Tahun Kapasitas (kg) 2004 333.741 2005 363.839 2006 568.262 2007 603.262 2008 772.629 (BPS Indonesia, 2010)

(18)

commit to user

4

Bab I Pendahuluan

Gambar I.1 Data Impor Metil Klorida

Dari gambar I.1, kebutuhan impor metil klorida di Indonesia pada tahun 2017 sebesar 1.697.777 kg atau 1.698 ton/tahun.

2. Ketersediaan bahan baku

Adanya industri yang mendukung pabrik metil klorida, terutama dalam hal penyediaan bahan baku merupakan salah satu faktor yang cukup penting.

Bahan baku utama yaitu klorin (Cl2) tersedia di dalam negeri yaitu dapat

diperoleh dari PT. Assahimas, Cilegon yang berkapasitas 335.000 ton/tahun

sedangkan metana (CH4) diperoleh dari PT. Badak NGL, Bontang, Kalimantan

Timur yang berkapasitas 18,5 juta ton/tahun.

y = 111.720x - 223.581.773 0 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000 900.000 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 K a p a si tas ( k g ) Tahun

(19)

commit to user

Bab I Pendahuluan

3. Kapasitas rancang minimum

Tabel I.2 Data Produsen Metil Klorida di Amerika Serikat

Pabrik Kapasitas

(ton/tahun)

Dow Chemical, Freeport, Tex. 42.500

Dow Chemical, Plaquemine, La. 130.000

Dow Corning, Carrollton, Ky. 225.000

Dow Corning, Midland, Mich. 100.000

GE Plastics, Waterford, N.Y. 82.500

Vulcan Chemicals, Geismar, La. 85.000

Vulcan Chemicals, Wichita, Kan. 45.000

(ICB Americas, 2004) Beberapa pabrik di Amerika Serikat yang memproduksi metil klorida dengan kapasitas 42.500 225.000 ton/tahun ditunjukkan pada tabel I.2. Dalam perancangan pabrik metil klorida ini diambil kapasitas produksi sebesar 42.500 ton /tahun yang merupakan kapasitas minimum di dunia dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri sebanyak 4% dan 96% diekspor ke luar negeri.

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik

Lokasi geografis dari suatu pabrik akan berpengaruh pada kegiatan pabrik baik proses produksi maupun distribusi produk yang semuanya itu akan berpengaruh pada perkembangan dan kelangsungan hidup dari pabrik. Banyak faktor yang harus diperhatikan dan dipertimbangkan dalam menentukan lokasi suatu pabrik. Lokasi pabrik pada umumnya ditetapkan atas dasar orientasi bahan baku dan orientasi pasar, karena hal ini bersifat ekonomis.

(20)

commit to user

6

Bab I Pendahuluan

Lokasi pabrik ditetapkan di Bontang, Kalimantan Timur dengan pertimbangan sebagai berikut :

1. Sumber bahan baku

Bahan baku klorin dapat diperoleh dari PT. Assahimas, Cilegon sedangkan metana dari PT. Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur.

2. Pemasaran produk

Daerah tersebut merupakan area industri yang potensial sebagai daerah pemasaran. Selain itu juga dekat dengan pelabuhan Bontang, Balikpapan dan Samarinda untuk memudahkan dalam pemasaran keluar Kalimantan maupun keluar negeri.

3. Sarana transportasi

Daerah tersebut dekat dengan pelabuhan dan jalan raya yang memudahkan pengangkutan bahan baku dan produk.

4. Tersedianya sarana pendukung

Bontang merupakan salah satu kawasan industri di Indonesia, sehingga penyediaan utilitas terutama air proses dan pendingin tidak mengalami kesulitan, karena ketersediaan air tanah yang masih mencukupi.

5. Tenaga kerja

Tenaga kerja untuk pabrik dapat direkrut dari daerah Bontang dan sekitarnya, yang merupakan sumber tenaga kerja yang profesional.

6. Kemasyarakatan

Keadaan sosial kemasyarakatan sudah terbiasa dengan lingkungan industri sehingga pendirian pabrik baru dapat diterima dan dapat beradaptasi dengan mudah dan cepat.

(21)

commit to user

Bab I Pendahuluan

Gambar I.2 Lokasi Pendirian Pabrik Metil Klorida I.4. Tinjauan Pustaka

I.4.1. Macam-macam Proses

Dalam Mc. Ketta (1979), secara umum metil klorida dapat dibuat

dengan beberapa cara, antara lain : 1. Proses thermal chlorination 2. Proses photochlorination

3. Proses klorinasi metana dengan katalis alumina

1. Proses thermal chlorination

Proses ini didasarkan pada reaksi klorinasi langsung terhadap metana pada suhu yang tinggi. Temperatur reaksi antara 275 °C - 450 °C. Reaksi yang terjadi:

(22)

commit to user

8

Kapasitas 42.500 Ton/Tahun Bab I Pendahuluan CH3Cl + Cl2 2Cl2+ HCl ... (2) CH2Cl2+ Cl2 3 + HCl ... (3) CHCl3 + Cl2 4 + HCl ... (4) ( Mc.Ketta, 1979) Keuntungan :

a. Dengan proses termal ini temperatur yang tinggi dapat membuat

molekul klorin (Cl2) menjadi radikal Cl+ sehingga dapat terjadi reaksi,

dengan demikian tidak memerlukan katalis. b. Impuritas sedikit.

c. Selektivitas metil klorida tinggi yaitu 56% terhadap metana.

2. Proses photochlorination

Proses ini didasarkan pada reaksi klorinasi metana oleh aktivasi dari reaksi massa dengan radiasi sinar. Adapun pemisahan molekul klorin

(Cl2) menjadi radikal Cl+ adalah dengan meradiasikan reaksi massa

dengan sumber sinar yang mempunyai radiasi sebesar 3000 Å - 5000 Å. Bahan baku yang digunakan adalah metana dengan kemurnian tinggi. Reaktor yang digunakan adalah reaktor photochemical. Keuntungan dari proses ini adalah dapat mengurangi impuritas yang ada pada klorometana yang dihasilkan.

Kekurangan :

a. Penggunaan reaktor photochemical harus terbuat dari permukaan kaca yang tahan terhadap pembebasan panas mengingat reaksi klorinasi adalah reaksi eksotermis.

(23)

commit to user

Bab I Pendahuluan

b. Reaksi photochlorination terjadi pada suhu rendah sehingga menaikkan biaya kontrol proses dan mempertahankan panas reaksi. c. Lebih sensitif terhadap impuritas pada umpan, karena dapat

menyebabkan terminasi pada reaksi rantai.

d. Biaya pembuatan dan perawatan bahan konstruksi mahal karena terbuat dari kaca.

e. Reaktor membutuhkan energi yang cukup besar untuk menghasilkan radiasi sinar dengan kekuatan 3000 Å - 5000 Å.

f. Kapasitas per reaktor rendah.

g. Sering terjadi akumulasi klorin dibawah reaktor sehingga dapat mengakibatkan ledakan.

3. Proses klorinasi metana dengan katalis alumina

Proses klorinasi ini didasarkan pada reaksi klorinasi metana dengan bantuan katalis alumina. Bahan baku yang digunakan adalah metana dengan kemurnian tinggi. Konversi dari proses ini adalah 95%. Adapun reaktor yang digunakan adalah fixed bed katalitik. Keuntungan dari proses ini adalah konversi yang dihasilkan cukup tinggi.

Kekurangan :

a. Penggunaan fixed bed reactor harus mempunyai konstruksi penyangga yang kuat untuk menyangga katalis. Reaktor harus terbuat dari bahan yang tahan terhadap pembebasan panas mengingat reaksi klorinasi adalah reaksi eksotermis, sehingga reaktor lebih berat dan biayanya juga mahal.

(24)

commit to user

10

Bab I Pendahuluan

b. Perlu adanya regenerasi katalis pada waktu-waktu tertentu. c. Proses ini sensitif terhadap adanya impuritas.

Ketiga proses tersebut merupakan reaksi klorinasi dimana perbedaannya adalah pada cara pemecahan molekul klorinnya. Proses yang dipilih adalah proses thermal chlorination dengan alasan :

- Proses ini dilakukan pada temperatur tinggi yang dapat membuat

molekul klorin (Cl2) menjadi radikal Cl+ sehingga dapat terjadi reaksi,

dengan demikian tidak memerlukan katalis. - Impuritas sedikit

- Selektivitas metil klorida tinggi yaitu 56% terhadap metana.

I.4.2. Kegunaan Produk

Penggunaan metil klorida dewasa ini adalah untuk antara lain :

a. Bahan intermediate untuk produksi fluida silikon, elastomer, dan resin b. Pembawa katalis untuk reaksi polimerisasi seperti pembuatan butyl

rubber

c. Produk konsumsi seperti kosmetik, auto polishes dan pelitur furniture d. Sintesis berbagai senyawa, dan sebagai pengekstraks untuk lemak,

minyak, dan resin

(25)

commit to user

Bab I Pendahuluan

I.4.3. Sifat Fisis dan Kimia 1. Bahan Baku

Metana

Sifat-sifat fisis :

- Rumus molekul : CH4

- Berat molekul : 16,04 g/mol

- Fase : gas

- Titik beku (1 atm) : 90,67 K

- Titik didih (1 atm) : 111,66 K

- Densitas (30 oC) : 0,1616 g/cm3 - Temperatur kritis : 190,6 K (Yaws, 1999) Sifat-sifat kimia : a. Oksidasi 2 CH4 + 2 O2 2 + 2H2O ... (5) 2 CH4 +2 O2 2 ... (6) b. Halogenasi CH4 H3 3X2 3 + HX ... (7)

c. Klorinasi terhadap CH4 akan menghasilkan metil klorida dan HCl.

Klorin

Sifat-sifat fisis :

- Rumus molekul : Cl2

(26)

commit to user

12

Bab I Pendahuluan

- Densitas (0 oC) : 3,2 g/L

(Perry, 2008) Sifat-sifat kimia :

a. Cl2 bereaksi dengan alkali dan alkali tanah membentuk bleaching

agent

Cl2 + 2 NaOCl NaOCl + H2O ... (8)

b. Reaksi dengan amonia membentuk hidrazin

2 NH3 + NaOCl N2H4 + NaCl +H2O ... (9)

c. Cl2 bereaksi dengan hidrokarbon jenuh menghasilkan hidrokarbon

terklorinasi dan HCl 2. Produk

Metil klorida Sifat-sifat fisis :

- Rumus molekul : CH3Cl

- Fase : gas

- Densitas (25oC) : 0,913 g/cm3

(27)

commit to user

Bab I Pendahuluan

Sifat-sifat kimia :

a. Dalam larutan eter, CH3Cl bereaksi dengan sodium membentuk etana

(proses sintesa Wurtz).

2 CH3Cl +2 Na CH3CH3 + 2 NaCl ... (10)

b. Metil klorida digunakan pada reaksi Fridel Craft membentuk toluen

dengan menggunakan katalisator AlCl3

CH3Cl + C6H6 C6H5CH3 + HCl ... (11)

c. Bila dipanaskan pada temperatur yang sangat tinggi, metil klorida akan berpasangan membentuk etilen.

2 CH3Cl CH2 = CH2 +2 HCl ... (12)

d. Klorinasi terhadap CH3Cl akan menghasilkan metilen klorida dan

HCl

(Mc.Ketta,1979) Metilen klorida

Sifat-sifat fisis :

- Rumus molekul : CH2Cl2

- Fase : cair

- Densitas ( 25 oC) : 1,33 g/cm3

- Titik leleh (1 atm) : 176,45 K

(28)

commit to user

14

Bab I Pendahuluan

Sifat-sifat kimia

a. Bila kontak dengan air dalam waktu yang lama, metilen klorida akan terhidrolisa secara perlahan membentuk HCl sebagai produk primer. b. Bila metilen klorida dipanaskan dengan air dalam waktu yang lama

dalam tangki tertutup pada suhu 140 °C-170 °C, maka akan terbentuk formaldehid dan HCl.

CH2Cl2 + H2O HCHO + 2 HCl ... (13)

c. Klorinasi terhadap metilen klorida akan menghasilkan kloroform dan HCl.

(Mc.Ketta,1979) Kloroform

Sifat-sifat fisis :

- Rumus molekul : CHCl3

- Fase : cair

- Densitas (25 oC) : 1,48 g/cm3

(Yaws, 1999) Sifat-sifat kimia

a. Klorinasi terhadap kloroform membentuk karbon tetraklorida dan HCl.

b. Bila kontak dengan besi dan air akan membentuk hidrogen peroksida.

(29)

commit to user

Bab I Pendahuluan

c. Dengan basa akan mengalami hidrolisa.

CHCl3 + 3 NaOH CO + 3NaCl + 2 H2O ... (15)

d. Kloroform bila kontak dengan potasium amalgam akan membentuk asetilen. 2 CHCl3 + 6 KHg HC = CH + 6 KCl(KHg) ... (16) (Mc.Ketta,1979) Karbon tetraklorida Sifat-sifat fisis : - Rumus molekul : CCl4

- Fase : cair

(Yaws, 1999) Sifat-sifat kimia :

a. CCl4 kering tidak bereaksi dengan logam seperti besi dan nikel tetapi

bereaksi secara perlahan dengan tembaga dan timah hitam.

b. Dengan katalis platinum atau Zn dan asam, CCl4 akan membentuk

kembali menjadi kloroform.

c. Dengan potasium amalgam dan air, CCl4 akan terbentuk kembali

menjadi metana.

(30)

commit to user

16

Bab I Pendahuluan

Asam klorida Sifat-sifat fisis :

- Rumus molekul : HCl

- Fase : cair

- Titik leleh (1 atm) : 245,83 K

(Perry, 2008) Sifat-sifat kimia :

a. Reaksi dengan oksidator membentuk Cl2

4 HCl + O2 2 Cl2 + 2 H2O ... (17)

b. Reaksi dengan sulfur trioksida membentuk asam klorosulfat.

HCl + SO3 ClSO3H ... (18)

c. Reaksi HCl dan asetilen akan menghasilkan kloroprena.

1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum

Klorinasi didefinisikan sebagai suatu proses dimana satu atau lebih atom klorin dibentuk menjadi suatu senyawa kimia. Ketika atom hidrogen dari molekul metana disubstitusi oleh klorin, senyawa kimia yang terbentuk dikenal sebagai klorometan. Apabila satu atom hidrogen yang disubstitusi

disebut metil klorida, CH3Cl ; jika dua disebut metilen klorida, CH2Cl2; tiga

disebut kloroform, CHCl3; jika seluruhnya disebut karbon tetraklorida,

(31)

commit to user

Bab I Pendahuluan

digunakan karena ekonomis dan prosesnya bisa berjalan secara langsung. Proses ini terjadi pada suhu yang tinggi antara 275 °C sampai 450 °C. Apabila suhu lebih rendah, akan terbentuk impuritas oksigen yang mengganggu reaksi dan jika suhu lebih tinggi dari 450 °C maka akan terbentuk impuritas di umpan (Mc. Ketta, 1979).

Metana dan klorin dalam fase gas dengan perbandingan mol 1,7:1

dipanaskan sampai suhu 300 °C dimana pada suhu tersebut klorin akan mengalami disosiasi dan akan mulai terjadi reaksi terklorinasi terhadap metana, sedangkan tekanan dipertahankan 3 atm. Di dalam plugflow reactor suhu dipertahankan jangan sampai melebihi 450 °C. Bila reaksi berlangsung

di atas suhu tersebut maka dapat terjadi reaksi pirolisis terhadap CH3Cl

membentuk karbon bebas yang merupakan impuritas, sedangkan klorin dan hidrogen membentuk asam hidroklorida. Produk reaksi kemudian masuk ke absorber untuk mengambil HCl dengan pelarut air. Produk atas absorber masuk ke neutralizer untuk menghilangkan sisa HCl dengan direaksikan dengan alkali (NaOH). Selanjutnya masuk ke separator untuk memisahkan metana dan produk klorometannya. Metana direcycle ke reaktor dan klorometan masuk ke kolom distilasi untuk dipisahkan antara metil klorida, metilen klorida, kloroform dan karbon tetra klorida.

(32)

commit to user

Bab II Deskripsi Proses

18 BAB II

DESKRIPSI PROSES

II.1. Spesifikasi bahan baku dan produk II.1.1. Spesifikasi bahan baku

1. Metana

- Rumus molekul : CH4

- Berat molekul : 17 g/mol

- Fase : gas

- Titik didih ( 1 atm) : 113,15K

- Temperatur kritis : 190,73 K

- Densitas (113,15 K) : 0,435 kg/m3

- Kemurnian : min99% mol

- Impuritas : C2H6 dan C3H8 1% mol

(PT. Badak NGL) 2. Klorin

- Rumus molekul : Cl2

- Fase : gas

- Densitas (273,15 K) : 3,213 g/cm3

(33)

commit to user

- Impuritas : HCl 2% vol

(PT. Assahimas) II.1.2. Spesifikasi produk

1. Metil klorida

Sifat fisis

- Rumus molekul : CH3Cl

- Fase : cair

- Titik didih (1atm) : 250,15 K

- Titik beku (1atm) : 177,15 K

- Kemurnian : min 99,95% berat

- Impuritas : CH2Cl2

(www.c-f-c.com)

2. Metilen klorida

Sifat fisis

- Rumus molekul : CH2Cl2

- Fase : cair

- Densitas (25oC) : 2,93 kg/m3

- Titik leleh (1atm) : 176,45 K

(34)

commit to user

20

- Impuritas : CH3Cl, CHCl3

(www.c-f-c.com)

3. Kloroform

Sifat fisis

- Rumus molekul : CHCl3

- Fase : cair

- Kemurnian : 99,9% berat - Impuritas : CH2Cl2, CCl4 (www.c-f-c.com) 4. Karbon tetraklorida Sifat fisis - Rumus molekul : CCl4

- Fase : cair

(35)

commit to user

- Impuritas : CHCl3

(www.c-f-c.com)

5. Asam klorida

Sifat fisis

- Rumus molekul : HCl

- Fase : cair

- Titik leleh (1atm) : 245,83 K

- Kemurnian : min 35% berat

(www.c-f-c.com) II.2. Konsep Proses

II.2.1. Dasar Reaksi

Reaksi antara metil klorida dengan klorin merupakan reaksi seri-multistep dan berlangsung secara eksotermis irreversible.

Reaksinya sebagai berikut :

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl ... (19)

CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl ... (20)

CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl ... (21)

CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl ... (22)

Reaktan dengan perbandingan metana : klorin adalah 1,7 : 1

(36)

commit to user

22

tersebut klorin akan mengalami disosiasi dan mulai terjadi reaksi termoklorinasi terhadap metil klorida. Di dalam multi tube plug flow

reactor, suhu dipertahankan pada kisaran 275oC 450oC. Bila reaksi

berlangsung di atas suhu tersebut, maka akan terjadi pirolisis terhadap klorometana membentuk karbon bebas, sedangkan klorin dan hidrogen membentuk asam klorida (Mc. Ketta, 1979 ).

II.2.2. Mekanisme Reaksi

Mekanisme reaksi yang terjadi pada proses klorinasi terhadap metana atau klorometana adalah free-radical substitutions dan terjadi melalui 3 tahap yaitu inisiasi, propagasi dan terminasi.

Inisiasi

Inisiasi adalah proses menghasilkan spesies radikal. Dalam tahap ini radikal klorin dengan pemanasan pada suhu tinggi sehingga dapat memecah ikatan antar atom klorin. Radikal klorin kemudian bereaksi dengan metil klorida menghasilkan radikal metil klorida.

Cl2 2Cl- ... (23)

Cl- + CH4 HCl + CH3- ... (24)

Propagasi

Pada tahap ini radikal metil klorida bereaksi dengan klorin menghasilkan klorometana dan radikal klorin. Radikal ini kemudian bereaksi dengan metana dan juga produk klorometana menghasilkan radikal klorometana yang lain.

(37)

commit to user

CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl ... (25) Cl- + CH3Cl HCl + CH2Cl- ... (26) CH2Cl- + Cl2 CH2Cl2 + Cl- ... (27) Cl- + CH2Cl2 HCl + CHCl2- ...(28) CHCl2- + Cl2 CHCl3 + Cl- ... (29) Cl- + CHCl3 HCl + CCl3- ... (30) CCl3- + Cl2 CCl4 + Cl- ... (31) Terminasi

Tahap ini terjadi apabila dua radikal bereaksi baik dengan radikal yang sama ataupun dengan radikal yang berbeda.

Cl- + Cl- Cl2 ... (32)

Cl- + CH2Cl- CH2Cl2 ... (33)

II.2.3. Kondisi Operasi

Kondisi operasi pada perancangan pabrik metil klorida ini adalah sebagai berikut : Tekanan : 3 atm (Keyes, 1961) Temperatur reaktan : 300oC Temperatur reaksi : 275oC -450oC Cl2 : CH4 : 1 : 1,7 (perbandingan mol)

Konversi metana : 36 % mol

Selektivitas metil klorida terhadap metana : 56%

Selektivitas metilen klorida terhadap metana : 35%

Selektivitas kloroform terhadap metana : 8%

Selektivitas karbon tetraklorida terhadap metana : 1%

(38)

commit to user

24

II.2.4. Tinjauan Kinetika

Reaksi yang terjadi adalah reaksi seri-multistep dan berjalan cepat.

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl ... (34)

CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl ... (35)

CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl ... (36)

CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl ... (37)

Dari figure 15 Mc Ketta, diketahui satuan konstanta kecepatan reaksi

tersebut (detik-1), maka reaksi tersebut mempunyai orde satu. Kecepatan

reaksi klorin adalah :

- rk=k1.Ck1 + k2.Ck2 +k3.Ck3+ k4.Ck4 ... (38)

Gambar I.1 Grafik Kecepatan Reaksi Klorinasi Metana

Konstanta kecepatan reaksi masing-masing diketahui dari figure 15 Mc.Ketta dan dapat dibuat persamaan sesuai hukum Arhenius :

(39)

commit to user

k2 = 8,853 x 10 6 exp (-10878/T) , /s ... (40) k3 = 1,776 x 106 exp (-10266/T) , /s ... (41) k4 = 1,211 x 106 exp (-10784/T) , /s ... (42) (Mc. Ketta vol.8, 1979) II.2.4 Tinjauan Termodinamika

Jika ditinjau dari segi termodinamika, harga f0 masing-masing

komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabelII.1 sebagai berikut :

... (43) (Smith, 1987) Tabel II f 0 masing-masing komponen Komponen Gf0 (kJ/mol) HCl -95,33 Cl2 0 CH4 -50,87 CH3Cl -62,93 CH2Cl2 -68,91 CHCl3 -68,52 CCl4 -58,28 (Carl L., Yaws, 1999) CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl 0 = -107,39 kJ/mol CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl 0 = -101,31 kJ/mol CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl 0 = -94,94 kJ/mol CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl 0 = -85,09 kJ/mol

(40)

commit to user

26

K298 = 1,382 x 10

68

Suhu reaksi, T = 573,15 K.

... (44)

K = 8,52 x 1034

Harga konstanta kesetimbangan reaksi (K) termasuk besar sehingga reaksi dianggap berjalan searah / irreversible.

Untuk menentukan apakah reaksi bersifat eksotermis atau endotermis,

f.

Tabel II f0 masing-masing komponen

Komponen f0 (kJ/mol) HCl -92,36 Cl2 0 CH4 -74,86 CH3Cl -86,37 CH2Cl2 -95,46 CHCl3 -101,32 CCl4 -100,48 (Carl.L. Yaws, 1999) CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl r0 = -103,39 kJ/mol CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl r0 = -101,45 kJ/mol CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl r0 = -98,22 kJ/mol CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl r0 = -91,52 kJ/mol

Hr0 total = -395,06 kJ/mol = -395060 J/mol

(41)

commit to user

II.3. Langkah Proses II.3.1.Diagram Alir Proses

1. Diagram alir kualitatif dapat dilihat pada gambar II.2 2. Diagram alir kuantitatif dapat dilihat pada gambar II.3 3. Diagram alir lengkap dapat dilihat pada gambar II.4

(42)

commit to user

2 8 Pr ar an ca ng an P ab rik M et il K lo rid a da ri M et an a da n K lo rin de ng an P ro se s Th er m al C hl or in at io n K ap as ita s 4 2. 50 0 To n/ Ta hu n B ab I I D es kr ip si Pr os es G a m b ar I I. 2 D ia g ra m A li r K u al it at if

(43)

commit to user

2 9 Pr ar an ca ng an P ab rik M et il K lo rid a da ri M et an a da n K lo rin de ng an P ro se s Th er m al C hl or in at io n K ap as ita s 4 2. 50 0 To n/ Ta hu n B ab I I D es kr ip si Pr os es G a m b ar I I. 3 D ia g ra m A li r K u a n ti ta ti f

(44)

commit to user

3 0 Pr ar an ca ng an P ab rik M et il K lo rid a da ri M et an a da n K lo rin de ng an P ro se s Th er m al C hl or in at io n K ap as ita s 4 2. 50 0 To n/ Ta hu n B ab I I D es kr ip si Pr os es G a m b ar I I. 4 D ia g ra m A li r L e n g k a p

(45)

commit to user

II.3.2.Uraian Proses

Secara umum proses pembuatan metil klorida dengan klorinasi metana dapat dibagi menjadi 3 tahap yaitu :

- Penyiapan bahan baku

- Reaksi pembentukan metil klorida - Pemurnian produk

Penjabaran dan uraian tiap tahap adalah sebagai berikut : 1. Penyiapan bahan baku

a. Metana

Metana dari tangki penyimpan dengan suhu -146,3oC dan

tekanan 3 atm dicampur dengan arus atas separator 2 (SP-02)

dengan suhu 7,86 oC sehingga suhunya menjadi 3,63 oC. Setelah itu

dipanaskan dalam HE-02 dengan pemanasnya adalah Dowtherm A

keluar HE-01 sehingga suhunya menjadi 300oC sebagai umpan

reaktor. b. Klorin

Klorin dari tangki penyimpan (T-01) pada suhu 30oC

dan tekanan 9,2 atm dicampur dengan arus bawah separator (SP-01) kemudian divalve untuk menurunkan tekanannya menjadi 3 atm. Setelah divalve, klorin akan menguap sebagian. Fase uap dan cair klorin dipisahkan dalam SP-01, arus atas yang berupa uap

klorin yang bersuhu -5,77oC dipakai untuk mengkondensasi hasil

atas MD-01, MD-02, MD-03 di dalam kondensor (CD-01, CD-02,

(46)

commit to user

32

kemudian dipanaskan dalam HE-01 dengan pemanasnya adalah

Dowtherm A keluar reaktor sehingga suhunya menjadi 300oC

kemudian diumpankan ke reaktor. 2. Reaksi pembentukan metil klorida

Reaksi pembentukan metil klorida dilakukan dalam reaktor jenis plug flow multi tube. Gas klorin yang sudah aktif direaksikan dengan gas metana dan recycle dengan perbandingan mol metana : klorin yaitu 1,7 : 1 dan kecepatan alir tertentu. Suhu di dalam reaktor akan naik karena reaksi bersifat eksotermis, maka untuk menjaga agar

suhu tidak melebihi 450oC dialirkan pendingin berupa cairan

Dowtherm A. Konversi metana sebesar 36% mol, selektivitas metil klorida terhadap metana sebesar 56%, selektivitas metilen klorida sebesar 35%, selektivitas kloroform 8% dan selektivitas karbon tetraklorida sebesar 1%. Hasil reaksi berupa produk utama metil klorida dan produk lainnya berupa metilen klorida, kloroform, karbon tetraklorida dan hidrogen klorida, sedangkan gas klorin habis bereaksi. Suhu gas keluar reaktor dan pendingin tinggi, maka panas keduanya dimanfaatkan memanaskan arus lain.

3. Pemurnian produk

Gas produk keluar reaktor digunakan untuk pemanas pada

reboiler (RB-01) sehingga suhu gas keluar reaktor turun dari 418,34oC

menjadi 293,76oC. Kemudian campuran gas ini digunakan untuk

pemanas lagi pada RB-02 hingga suhu gas keluar reaktor menjadi

(47)

commit to user

sehingga suhunya menjadi 136,78oC. Gas produk dari reaktor

diturunkan suhunya menjadi 80oC di dalam HE-08 dan didinginkan

lagi di dalam HE-04 hingga suhunya menjadi 20,75oC, kemudian

dimasukkan ke absorber (AB) untuk dipisahkan HCl-nya. HCl diserap dengan air dari unit utilitas menjadi asam klorida 35% yang kemudian disimpan dalam tangki (T-07).

Gas hasil atas absorber masih mengandung sisa HCl sehingga dialirkan ke neutralizer (N) untuk dihilangkan sisa HCl dengan menggunakan NaOH dari unit utilitas. NaCl hasil reaksi disimpan dalam tangki (T-08) dan gas hasil atas menuju separator 2 (SP-02) untuk memisahkan klorometan dengan metananya. Gas hasil atas neutralizer dialirkan ke kompresor (C-01) untuk menaikkan tekanannya dari 3 atm menjadi 17 atm, kemudian didinginkan pada HE-03 dengan pemanas arus bawah SP-02. Arus atas SP-02 yang berupa metana dan sedikit klorometana direcycle dengan umpan metana. Arus bawah SP-02 menuju kolom distilasi untuk memurnikan metil klorida dari produk klorometana yang lainnya. Kolom destilasi (MD-01)beroperasi pada tekanan 4 atm bertujuan untuk memisahkan metil klorida dengan produk klorometana lainnya. Metil klorida keluar sebagai hasil atas kemudian disimpan dalam tangki penyimpan (T-03)

pada suhu 30oC dan tekanan 6,2 atm. Sedangkan hasil bawah berupa

campuran klorometana dimasukkan ke dalam kolom destilasi (MD-02) berfungsi untuk mengambil produk utama. Pada MD-02 produk atas adalah metilen klorida yang kemudian dikirim ke tangki penyimpanan

(48)

commit to user

34

(T-04) sedang produk bawah campuran CHCl3 dan CCl4. Hasil bawah

tersebut lalu dipisahkan di kolom destilasi (MD-03), sebagai produk

atas adalah CHCl3 untuk disimpan di tangki penyimpanan (T-05) dan

(49)

commit to user

3 5 Pr ar an ca ng an P ab rik M et il K lo rid a da ri M et an a da n K lo rin de ng an P ro se s Th er m al C hl or in at io n K ap as ita s 4 2. 50 0 To n/ Ta hu n B ab I I D es kr ip si Pr os es II .4 . N er a ca M a ss a d a n N er a ca P a n a s II .4 .1 . N er a ca M a ss a T o ta l S at u a n : k g /j a m T ab e l II .3 N er a ca M as sa T o ta l K o m p o n en In p u t O u tp u t A ru s 4 A ru s 5 A ru s 9 A ru s 1 2 A ru s 1 1 A ru s 1 4 A ru s 1 7 A ru s 1 9 A ru s 2 1 A ru s 2 2 C H4 3 4 2 3 ,0 5 9 1 C2 H6 2 ,4 9 4 6 C3 H8 2 ,1 8 9 0 C l2 2 3 7 1 9 ,5 2 9 1 C H3 C l 5 3 6 5 ,6 2 5 0 0 ,9 2 8 1 C H2 C l2 0 ,5 3 6 6 5 9 7 5 ,4 5 5 7 0 ,3 3 0 5 C H C l3 0 ,5 9 7 6 1 8 7 9 ,5 8 8 0 1 ,4 2 2 7 C C l4 1 ,8 8 1 5 1 4 2 0 ,9 1 8 0 H C l 2 4 3 ,8 7 6 8 2 2 8 6 7 ,6 3 5 3 1 2 3 1 3 ,3 4 2 1 H2 O 1 2 2 ,6 7 3 4 2 2 8 6 7 ,6 3 5 3 1 8 4 ,0 1 0 1 N aO H 1 3 6 ,3 0 3 8 N aC l 1 9 9 ,3 4 4 3 Ju m la h 5 0 5 1 7 ,7 6 5 0 5 1 7 ,7 6

(50)

commit to user

36

II.4.2. Neraca Massa Alat 1. Neraca massa di TEE 1

Tabel II.4 Neraca Massa di TEE 1

Komponen Input Output

Arus 1 Arus 2 Arus 3

HCl 243,8768 566,2360 810,1128

Cl2 23719,5291 55052,1450 78771,6741

Total 23963,4059 55618,3810 79581,79

79581,79

2. Neraca massa di TEE 2

Tabel II.5 Neraca Massa di TEE 2

CH4 3423,0591 5663,8592 9086,9184 C2H6 2,4946 82,6952 85,1899 C3H8 2,1890 72,7781 74,9671 CH3Cl 0,0000 333,1457 333,1457 CH2Cl2 0,0000 35,0537 35,0537 CHCl3 0,0000 45,9703 45,9703 Total 3427,7428 6233,5023 9661,2450 9661,2450

(51)

commit to user

3. Neraca massa di sekitar reaktor

Tabel II.6 Neraca Massa Reaktor

Komponen Input Output

CH4 0,0000 9086,9182 5834,1643 C2H6 0,0000 85,1899 85,1899 C3H8 0,0000 74,9671 74,9671 Cl2 23719,5291 0,0000 0,0000 CH3Cl 0,0000 333,1457 5749,2424 CH2Cl2 0,0000 35,0537 6048,0892 CHCl3 0,0000 45,9703 1943,5204 CCl4 0,0000 0,0000 1451,7582 HCl 243,8768 0,0000 12437,7193 Total 23963,4059 9661,24 33624,65 33624,65 4. Neraca massa di sekitar absorber

Tabel II.7 Neraca Massa Absorber

Arus 8 Arus 9 Arus 10 Arus 11

CH4 5834,1643 0,0000 5834,1643 0,0000 C2H6 85,1899 0,0000 85,1899 0,0000 C3H8 74,9671 0,0000 74,9671 0,0000 CH3Cl 5749,2424 0,0000 5749,2424 0,0000 CH2Cl2 6048,0892 0,0000 6048,0892 0,0000 CHCl3 1943,5204 0,0000 1943,5204 0,0000 CCl4 1451,7582 0,0000 1451,7582 0,0000 HCl 12437,7193 0,0000 124,3772 12313,3421 H2O 0,0000 22867,6353 0,0000 22867,6353 Total 33624,6508 22867,6353 21311,31 35180,98 56492,29 56492,29

(52)

commit to user

38

5. Neraca massa di sekitar neutralizer

Tabel II.8 Neraca Massa Neutralizer

Arus 10 Arus 12 Arus 13 Arus 14

CH4 5834,1643 0,0000 5834,1643 0,0000 C2H6 85,1899 0,0000 85,1899 0,0000 C3H8 74,9671 0,0000 74,9671 0,0000 CH3Cl 5749,2424 0,0000 5749,2424 0,0000 CH2Cl2 6048,0892 0,0000 6048,0892 0,0000 CHCl3 1943,5204 0,0000 1943,5204 0,0000 CCl4 1451,7582 0,0000 1451,7582 0,0000 HCl 124,3772 0,0000 0,0000 0,0000 NaOH 0,0000 136,3038 0,0000 0,0000 H2O 0,0000 122,6734 0,0000 184,0101 NaCl 0,0000 0,0000 0,0000 199,3443 Total 21311,31 258,98 21186,93 383,35 21570,29 21570,29

6. Neraca massa di sekitar separator 2

Tabel II.9 Neraca Massa Separator 2

CH4 5834,164 5834,164 0,0000 C2H6 85,190 85,182 0,0000 C3H8 74,967 74,966 0,0000 CH3Cl 5749,242 382,689 5366,553 CH2Cl2 6048,089 71,766 5976,323 CHCl3 1943,520 61,912 1881,608 CCl4 1451,758 28,959 1422,800 Total 21186,93 6539,639 14647,284 21186,93

(53)

commit to user

7. Neraca massa arus purging

Tabel II.10 Neraca Massa Arus Purging

Arus 16 Arus purge Arus 6

CH4 5834,164 170,3046 5663,8592 C2H6 85,182 2,4865 82,6952 C3H8 74,966 2,1883 72,7781 CH3Cl 382,689 49,5436 333,1457 CH2Cl2 71,766 36,7127 35,0537 CHCl3 61,912 15,9418 45,9703 CCl4 28,959 28,9587 0,0000 Total 6539,64 306,14 6233,50 6539,64 8. Neraca massa di sekitar menara distilasi 1

Tabel II.11 Neraca Massa Menara Distilasi 1

CH3Cl 5366,5531 5365,6250 0,9281 CH2Cl2 5976,3228 0,5366 5975,7862 CHCl3 1881,6083 0,0000 1881,6083 CCl4 1422,7995 0,0000 1422,7995 Total 14647,28 5366,1616 9281,1221 14647,28 9. Neraca massa di sekitar menara distilasi 2

CH3Cl _0,9281 _0,9281 _0,0000 CH2Cl2 _5975,7862 _5975,4557 _0,3305 CHCl3 _1881,6083 _0,5976 _1881,0107 CCl4 _1422,7995 _0,0000 _1422,7995 Total 9281,12 5976,9814 3304,1407 9281,12

(54)

commit to user

40

10. Neraca massa di sekitar menara distilasi 3

CH2Cl2 0,3305 0,3305 0,0000

CHCl3 1881,0107 1879,5880 1,4227

CCl4 1422,7995 1,8815 1420,9180

Total 3304,14 1881,80 1422,34

3304,14

II.4.3. Neraca Panas Total Satuan : kJ/jam

Tabel II.14 Neraca Panas Total

Q4 5.135.969,0650 Q7 1.736.288,7483 Q9 146.652,6371 Q11 1.216.357,8528 Q12 162.530,7481 Q17 412,1147 Q19 53.901,7964 Q22 145.918,2775 Qpemanas 3.430.691,5840 Qpendingin 9.195.542,7412 Total 10.612.132,7825 10.612.132,7825

(55)

commit to user

II.4.4. Neraca Panas Alat 1. Neraca panas di TEE 1

Tabel II.15 Neraca Panas Di TEE 1

Q1 48.178,8138

Q2 406.749,0462

Q3 454.927,8600

Total 454.927,8600 454.927,8600

2. Neraca panas reaktor

Tabel II.16 Neraca Panas Reaktor

Q4 2.044.977.284,1016

Q8 37.585.235,8829

Q reaksi -395,06

Qpendingin -9.276.400

Total 37.585.235,8829 37.585.235,8829

3. Neraca panas absorber

Tabel II.17 Neraca Panas Absorber

Q8 -142.232,7437 Q9 146.652,6371 Q10 161.092,6314 Q11 624.438,9847 Qpelarutan 1.211.900,000 Qpenguapan 430.826,2368 Total 1.216.357,8528 1.216.357,8528

(56)

commit to user

42

4. Neraca panas neutralizer

Tabel II.18 Neraca Panas Neutralizer

Q10 161.051,5526 Q12 1.479,1955 Q13 153.505,5340 Q14 5.242,9383 Qreaksi 1.215,4000 Q penguapan 4.997,6877 Total 163.746,1600 163.746,1600

5. Neraca panas separator 2

Tabel II.19 Neraca Panas Separator 2

Q13 7.982.793,198

Q15 94.803,836

Q16 69.440,005

Q penguapan 7.818.549,356

Total 7.982.793,198 7.982.793,198

6. Neraca panas menara distilasi 1

Tabel II.20 Neraca Panas Menara Distilasi 1

Q15 6.065,5108 Q17 412,1147 Q18 4.128,8237 Qcondensor 5.057.501,2051 Qreboiler 5.055.976,6327 Total 5.062.042,1435 5.062.042,1435

(57)

commit to user

Q18 216.959,8319 Q19 53.901,7964 Q20 111.097,1534 Qcondensor 11.751.202,9141 Qreboiler 11.699.242,0320 Total 11.916.201,8639 11.916.201,8639

Q20 858.975,8319 Q21 507.005,9000 Q22 145.918,2775 Qcondensor 3.431.321,6891 Qreboiler 3.225.270,0348 Total 4.084.245,8666 4.084.245,8666

9. Neraca panas separator 1

Tabel II.23 Neraca Panas Separator 1

Q2 5.573.733,7048

Q3 5.166.984,6253

Q4 406.749,0795

(58)

commit to user

44

II.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan II.5.1. Tata Letak Pabrik

Tata letak pabrik merupakan tempat kedudukan keseluruhan bagian yang ada dalam pabrik meliputi tempat perkantoran (office), tempat peralatan proses, tempat penyimpanan bahan baku dan produk, tempat unit pendukungdan tambahan-tambahan yang lain yang dirancang terutama untuk mendukung kelancaran pelaksanaan proses produksi. Beberapa tujuan dari pengaturan tata letak pabrik antara lain : penghematan waktu transportasi bahan baku, produk, alat maupun karyawan dalam areal pabrik, sehingga waktu proses produksi dapat optimal. Tujuan lainnya, memanfaatkan areal pabrik secara efektif dan efisien sehingga diharapkan tidak ada area kosong yang dibiarkan begitu saja dan dapat menghemat lahan yang berarti pula dapat menghemat biaya investasi dan pajak, pencegahan kecelakaan kerja, serta tujuan-tujuan lain.

Pada prarancangan pabrik ini, tata letak dari pabrik dapat dilihat pada Gambar II.4. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan tata letak pabrik adalah :

1. Perluasan pabrik dan kemungkinan penambahan bangunan

Perluasan pabrik ini harus sudah masuk dalam perhitungan sejak awal, supaya masalah kebutuhan tempat tidak timbul di masa yang akan datang. Sejumlah area khusus harus disiapkan untuk dipakai sebagai perluasan pabrik, penambahan peralatan untuk menambah kapasitas pabrik ataupun mengolah produknya sendiri ke produk lain.

(59)

commit to user

2. Keamanan

Keamanan terhadap kemungkinan adanya bahaya kebakaran, ledakan, asap atau gas beracun harus benar-benar diperhatikan di dalam penentuan tata letak pabrik. Untuk itu diperlukan peralatan-peralatan pemadam kebakaran di sekitar lokasi berbahaya tadi. Tangki penyimpan produk atau unit-unit yang mudah meledak harus diletakkan di areal khusus serta perlu adanya jarak antara bangunan satu dengan bangunan yang lain.

3. Utilitas

Pemasangan dan distribusi yang baik dari gas, udara, steam, dan listrik akan membantu kemudahan kerja dan perawatannya. Penempatan alat proses sedemikian rupa sehingga petugas dapat dengan mudah mencapainya dan dapat menjamin kelancaran operasi serta memudahkan perawatannya.

(60)

commit to user

4 6 Pr ar an ca ng an P ab rik M et il K lo rid a da ri M et an a da n K lo rin de ng an P ro se s Th er m al C hl or in at io n K ap as ita s 4 2. 50 0 To n/ Ta hu n B ab I I D es kr ip si Pr os es S k a la 1 : 1 0 0 0 G a m b ar I I. 5 T at a L et ak P ab ri k M e ti l K lo ri d a

(61)

commit to user

II.5.2. Tata Letak Peralatan

Tata letak alat proses merupakan tempat kedudukan alat-alat yang digunakan dalam proses produksi. Tata letak peralatan proses pada prarancangan pabrik ini dapat dilihat pada Gambar II.5. Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga :

1. Kelancaran proses produksi dapat terjamin. 2. Dapat mengefektifkan penggunaan lahan.

3. Biaya penanganan material menjadi rendah dan menyebabkan terhindarnya kapital yang tidak penting. Jika lay out peralatan proses dan urut-urutan proses produksi lancar, maka perusahan tidak perlu membeli alat transportasi yang menambah biaya investasi.

4. Karyawan mendapatkan kepuasan kerja. Jika karyawan mendapatkan kepuasan kerja, maka akan meningkatkan semangat dan produktivitas kerja.

(62)

commit to user

48

T-03 14,42 m T-04 24,38 m T-05 12,19 m T-06 7,62 m T-01 16,88 m T-01 16,88 m T-08 9,14 m SP-01 R N CP 6 ,5 m 200 m 300 m 2 m 1 m 1 m 1 m 6 m 6 m 1 7 m 8,5 m 8 ,5 m 6 m 8 ,5 m 1 0 m 4 m T-02 17,67 m T-07 27,43 m T-01 16,88 m T-01 16,88 m T-01 16,88 m T-01 16,88 m T-01 16,88 m T-01 16,88 m T-01 16,88 m T-01 16,88 m T-01 16,88 m T-03 14,42 m T-07 27,43 m T-07 27,43 m T-07 27,43 m T-07 27,43 m SKALA 1 : 280 HE-02 HE-01 HE-05 HE-04 HE-03 CD-01 MD-01 RB-01 RB-02 MD-02 CD-02 ACC- 03 CD-03 RB-03 MD- 03 VP-01 LAYOUT ALAT 2,5 m 5 m AB ACC- 01 ACC-02 Keterangan : AB = absorber

ACC = akumulator T-01 = tangki klorin

CD = kondenser T-02 = tangki metana

CP = kondenser parsial T-03 = tangki metil klorida

HE = heat exchanger T-04 = tangki metilen klorida

MD = menara destilasi T-05 = tangki kloroform

N = neutralizer T-06 = tangki karbon tetraklorida

R = reaktor T-07 = tangki asam klorida

RB = reboiler T-08 = tangki natrium klorida

(63)

commit to user

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses 49

BAB III

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

III.1. Tangki Penyimpanan Bahan Baku

Tabel III.1 Spesifikasi Tangki Penyimpanan Bahan Baku

Spesifikasi Alat T-01 T-02

Fungsi

Menyimpan klorin cair selama 30 hari

Menyimpan metana selama 7 hari

Tipe Tangki bola (spherical tank) Tangki bola (spherical tank)

Jumlah 3 buah 1 buah

Suhu 300C -146,270C

Tekanan 9,18 atm 3 atm

Kapasitas 47586,80 ft3 (4179,19m3)

60283,07 ft3 (1722,31m3)

Diameter 687,45 in (17,46 m) 585,61 in (14,87m)

Tebal 0,67 in (0,02 m) 1 in (0,03m)

Tebal isolasi - 20,3 in (0,52 m)

(64)

commit to user

50 Prarancangan Pabrik Metil Klorida dari Metana dan Klorin

dengan Proses Thermal Chlorination Kapasitas 42.500 Ton/Tahun

Bab III Spesifikasi Peralatan Proses III.2. Tangki Penyimpanan Produk

Tabel III.2 Spesifikasi Tangki Penyimpanan Produk Spesifikasi

Alat T-03 T-04

Fungsi

menyimpan metil klorida cair selama 30 hari

menyimpan metilen klorida cair selama 30 hari

Tipe Tangki bola (spherical tank) silinder tegak, flat bottom,

conical roof

Jumlah 1 buah 1 buah

Suhu 300C 300C

Tekanan 6,5 atm 1 atm

Diameter 567,69 ft (14,42m) 80 ft (24,38 m)

Tinggi - 46,035ft (14,0315 m)

Jumlah course - 5 buah

Tebal course - Course 1 = 0,50 in (1,27 cm) Course 2 = 0,44 in (1,11 cm) Course 3 = 0,44 in (1,11 cm) Course 4 = 0,38 in ( 0,95 in) Course 5 = 0,38 in ( 0,95 in) Tebal head - 0,1875 in (0,48 cm) Tinggi head - 16,035 ft (4,89 m) - 21,860 Tebal 0,45in (0,01 m) - Bahan