PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN FURFURIL ALKOHOL DARI FURFURAL DAN HIDROGEN DENGAN KAPASITAS TON/TAHUN TUGAS AKHIR

(1)

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN FURFURIL ALKOHOL DARI FURFURAL DAN HIDROGEN DENGAN KAPASITAS 30.000 TON/TAHUN

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia

OLEH :

JULIUS F PAKPAHAN NIM : 070405038

D E P A R T E M E N T E K N I K K I M I A F A K U L T A S T E K N I K

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N

2013

(2)

(3)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan yang Maha Esa atas segala berkat dan kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, yang berjudul:

“Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen dengan Kapasitas 30.000 Ton / Tahun”.

Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Penulis banyak menerima bimbingan, saran dan bantuan dari berbagai pihak dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Untuk itu dengan segala ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, MSc sebagai Dosen Pembimbing I dan ibu Farida Hanum ST, MT sebagai Dosen Pembimbing II.

2. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun , ST, MT sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

3. Bapak Dr. Eng. Irvan, M.Si Selaku Ketua Departemen Teknik Kimia dan Ibu Dr.

Ir. Fatimah, MT. Selaku sekretaris Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara

4. Ayahanda penulis, E. Pakpahan dan Ibunda R. br. Sinaga dengan segala kasih sayang dan kesabaran yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan moril maupun materi kepada penulis

5. Rekan partner penulis M. Roganda L. Lumbangaol atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini.

6. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan bantuan selama Penulis mengenyam pendidikan di Teknik Kimia, USU.

7. Saudara penulis, Agus J E Pakpahan, dan saudariku yang paling cantik, Friska N Pakpahan, Ika K Pakpahan, Rini N Pakpahan, terima kasih buat dukungan kalian semua

8. Teman-teman kos Gg Perdamaian ’08, Jenal, Bresman, Roganda, M Roganda LL, Sartika, Sriwil dan Frejer. ‘Trimakasih untuk kebersamaannya ‘.

(4)

9. Sahabat-sahabat di Teknik Kimia, khususnya stambuk 2007 yang memberikan banyak dukungan, saran dan semangat kepada penulis

10. Adik-adik stambuk 2008, 2009, 2010 dan 2011

Semoga tugas akhir ini dapat memberi manfaat kepada seluruh pembaca, khususnya mahasiswa/i Teknik Kimia

Medan, Maret 2013

Penulis

Julius F Pakpahan

(5)

INTISARI

Salah satu industri kimia yang mempunyai kegunaan penting dan prospek yang bagus adalah industri furfuril alkohol. Furfuril alkohol merupakan salah satu turunan dari furfural dan merupakan senyawa alkohol primer heterosiklik. Furfuril alkohol digunakan sebagai pelarut sintetik dalam berbagai serat aktif, bahan baku pembuatan tetrahidrofurfuril alkohol, pelarut dalam resin fenolis dan pelarut dalam zat warna,serta pelarut untuk zat perekat, zat ini juga dapat menaikkan kekerasan dan daya tahan pada kayu. Kebutuhan akan furfuril alkohol di berbagai bidang tersebut hanya dipenuhi dengan furfuril alkohol impor dari luar negeri. Data impor furfuril alkohol dari Badan Pusat Statistik Indonesia menunjukkan peningkatan 1321 ton furfuril alkohol pada tahun 2011.

Furfuril alkohol yang diproduksi berkapasitas 30.000 ton/tahun dengan 330 hari kerja. Lokasi pabrik pembuatan furfuril alkohol ini direncanakan didirikan di daerah Gresik, Jawa Timur dengan luas areal 10.288 m². Bentuk hukum perusahaan yang direncanakan adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan organisasi berbentuk garis dan staf dimana dipimpin oleh seorang direktur utama dan jumlah tenaga kerja yang dibutuhkan 170 orang.

Hasil analisa ekonomi pabrik pembuatan furfuril alkohol adalah sebagai berikut :

➢ Total Modal Investasi : Rp 595.907.343.566,-

➢ Biaya Produksi : Rp 483.184.250.509,-

➢ Hasil Penjualan : Rp 830.946.600.000,-

➢ Laba Bersih : Rp 249.136.947.175,-

➢ Profit Margin : 41,64 %

➢ Break Even Point : 25,64 %

➢ Return on Investment : 41,81 %

➢ Pay Out Time : 2,39 tahun

➢ Return on Network : 69,68 %

➢ Internal Rate of Return : 53,02 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan furfuril alkohol dengan kapasitas produksi 30.000 ton/tahun layak untuk didirikan.

(6)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

INTISARI ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR TABEL ... x DAFTAR LAMPIRAN

BAB I PENDAHULUAN ... I-1 1.1 Latar Belakang ... I-1 1.2 Perumusan Masalah ... I-3 1.3 Tujuan Pra-Rancangan ... I-3 1.4 Manfaat Pra-Rancangan ... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... II-1 2.1 Furfural ... II-1 2.2 Furfuril Alkohol ... II- 2 2.3 Sifat-Sifat Bahan ... II-2 2.3.1 Sifat-sifat bahan baku ... II-2

2.3.2 Sifat-sifat bahan pembantu ... II-3 2.3. 3 sifat-sifat Produk ... II-3 2.4 Proses Pembuatan Furfuril Alkohol ... II-4 2.5 Deskripsi Proses ... II-6 2. 5. 1 Proses Pendahuluan ... II-6 2. 5. 2 Proses Pembuatan dan Pemurnian Hasil ... II-6 BAB III NERACA MASSA ... III-1 3.1 Mix point (M-01) ... III-1 3.2 Separator (S-01) ... III-2 3.3 Reaktor (R-01) ... III-2 3.4 Separator II (S-02) ... III-2 3.5 Menara Destilasi (MD-01) ... III-3 3.6 Kondensor I (C-01) ... III-3 3.7 Reboiler (Rb-01) ... III-3

(7)

3.8 Recycle Hidrogen ... III-4 BAB IV NERACA ENERGI ... IV-1 4.1 Heater (H-01) ... IV-1 4.2 Vaporizer (V-01) ... IV-1 4.3 Reaktor (R-01) ... IV-2 4.4 Kondensor (C-01) ... IV-2 4.5 Heater (E-02) ... IV-2 4.6 Kondensor (C-02) ... IV-3 4.7 Reboiler (Rb-01) ... IV-3 4.8 Cooler I (E-03) ... IV-3 4.9 Cooler II (E-04) ... IV-4 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ... V-1 5.1 Tangki Penyimpanan Furfural (T-01) ... V-1 5.2 Tangki Penyimpanan Hidrogen (T-02) ... V-1 5.3 Tangki Penyimpanan Furfural Alkohol (T-03) ... V-2 5.4 Reaktor (R-01) ... V-2 5.5 Separator I (S-01) ... V-3 5.6 Separator II (S-02)... V-3 5.7 Destilasi ( D-01) ... V-3 5.8 Accumulator destilat (AC-01) ... V-4 5.9 Pompa (P-01) ... V-4 5.10 Pompa (P-02) ... V-5 5.11 Pompa (P-03) ... V-5 5.12 Pompa (P-04) ... V-5 5.13Pompa (P-05) ... V-5 5.14 Pompa (P-06) ... V-6 5.15 Pompa (P-07) ... V-6 5.16 Blower (B-01) ... V-6 5.17 Blower (B-02) ... V-6 5.18 Vaporizer (E-01) ... V-7 5.19 Heater (E-01) ... V-7

(8)

5.21 Cooler (E-03) ... V-8 5.22 Cooler (E-04) ... V-9 5.23 Reboiler destilasi (Rb-01) ... V-9 5.24 Kondensor destilasi (C-02) ... V-10 5.25 Kondensor (C-01)... V-10 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ... VI-1 6.1 Instrumentasi ... VI-1 6.1.1 Tujuan Pengendalian ... VI-3 6.1.2 Jenis-Jenis Pengendalian dan Alat Pengendali ... VI-3 6.1.3 Variabel Proses dalam Sistem Pengendalian ... VI-10 6.1.4 Syarat Perancangan Pengendalian ... VI-11 6.2 Keselamatan Kerja Pabrik ... VI-13 BAB VII UTILITAS ... VII-1 7.1 Kebutuhan Steam (uap) ... VII-1 7.2 Kebutuhan Air ... VII-2 7.2.1 Screening ... VII-6 7.2.2 Sedimentasi ... VII-6 7.2.3 Klarifikasi ... VII-6 7.2.4 Filtrasi ... VII-8 7.2.5 Demineralisasi ... VII-9 7.2.6 Deaerator ... VII-12 7.3 Kebutuhan Bahan Kimia ... VII-12 7.4 Kebutuhan Listrik ... VII-12 7.5 Kebutuhan Bahan Bakar ... VII-13 7.6 Unit pengolahan Limbah ... VII-14 7.6.1 Bak Penampungan dan pengendapan ... VII-16 7.6.2 Pengolahan Limbah dengan Lumpur Aktif ... VII-16 7.6.3 Tangki Sedimentasi ... VII-19 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... VIII-1 8.1 Lokasi Pabrik ... VIII-4 8.2 Tata Letak Pabrik ... VIII-7 8.3 Perincian Luas Tanah ... VIII-8

(9)

BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ... IX-1 9.1 Pengertian Organisasi dan Manajemen ... IX-1 9.2 Bentuk Badan Usaha ... IX-1 9.3 Struktur Organisasi ... IX-2 9.3.1 Bentuk Organisasi garis ...IX-2 9.3.2 Bentuk Organisasi Fungisionil ... IX-3 9.3.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf ... IX-4 9.3.4 Bentuk Organisasi Fungisionil dan Staf ... IX-4 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan tanggung Jawab ... IX-4 9.4.1 Rapat Umum Pemengan Saham (RUPS) ... IX-4 9.4.2 Dewan Komisaris ... IX-5 9.4.3 Direktur ... IX-5 9.4.4 Staf Ahli ... IX-5 9.4.5 Sekretaris ... IX-6 9.4.6 Manajer Produksi ... IX-6 9.4.7 Manajer Teknik ... IX-6 9.4.8 Manajer Umum dan Keuangan ... IX-6 9.4.9 Manajer Pembelian dan Pemasaran ... IX-6 9.5 Tenaga Kerja dan Jam Kerja ... IX-7 9.5.1 Jumlah dan Tingkat Pendidikan Tenaga kerja ... IX-7 9.5.2 Pengaturan Jam Kerja ... IX-8 9. 6 Tata Tertib ... IX-11 9.7 JAMSOSTEK dan Fasilitas Tenaga Kerja ... IX-11 BAB X ANALISA EKONOMI ... X-1 10.1 Modal Investasi ... X-1 10.1.1 Modal Investasi Tetap (MIT) / Fixed Capital

Investment (FCI) ... X-1 10.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC) ... X-3 10.2 Biaya Produksi Total (BPT) / Total Cost (TC) ... X-4 10.2.1 Biaya tetap / Fixed Cost (FC) ... X-4 10.2.2 Biaya Variabel / Variable Cost (VC) ... X-4

(10)

10.4 Bonus Perusahaan ... X-5 10.5 Perkiraan Rugi/Laba Usaha ... X-5 10.6 Analisa Aspek Ekonomi ... X-5 10.6.1 Profit Margin (PM) ... X-5 10.6.2 Break Even Point (BEP) ... X-6 10.6.3 Return on Investment (ROI) ... X-6 10.6.4 Pay Out Time (POT) ... X-7 10.6.5 Return on Network (RON) ... X-7 10.6.6 Internal Rate of Return (IRR) ... X-7 BAB XI KESIMPULAN ... XI-1 DAFTAR PUSTAKA

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback ... VI-4 Gambar 6.2 Sebuah Loop Pengendalian ... VI-5 Gambar 6.3 Suatu Proses Terkendali ... VI-5 Gambar 6.4 Alat-alat Pengendali pada Pabrik furfural alkohol ... VI-13 Gambar 6.5 Tingkat kerusakan di suatu pabrik ... V-14 Gambar 8.1 Tata Letak Pabrik Pabrik furfural alkohol ... VIII-10 Gambar 8.2 Peta Lokasi Pabrik pembuatan furfural alkohol ... VIII-11 Gambar 9.1 Struktur Organisasi Pabrik Pembuatan furfural alkohol ... IX-14 Gambar D.1 Sketsa Sebagian Bar Screen, Satuan mm (dilihat dari atas) ... LD-2 Gambar D.2 Sketsa 3D bak sedimentasi ... LD-2 Gambar D.3 Sketsa pengaduk tangki pelarutan alum ... LD-6 Gambar D.4 Sketsa clarifier ... LD-10 Gambar D.5 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada

Cooling Tower (CT) ... LD-32 Gambar D.6 Kurva Hy terhadap 1/(Hy^* - Hy) ... LD-33 Gambar E.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan

Tangki Pelarutan (Peters et.al., 2004) ... LE-5 Gambar E.2 Grafik Break Event Point (BEP) ... LE-25

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data impor Furfuril alkohol di Indonesia... I-2 Tabel 1.2 Konsumsi Furfuril alkohol dunia ... I-2 Tabel 2.1 Perbedaan Proses Hidrogenasi Furfural ... II-5 Tabel 3.1 Neraca Massa Mix Point (M-101) ... III-1 Tabel 3.2 Neraca Massa pada Separator (S-01) ... III-2 Tabel 3.3 Neraca Massa pada Reaktor (R-01) ... III-2 Tabel 3.4 Neraca Massa Separator (S-02) ... III-2 Tabel 3.5 Neraca Massa Destilasi (D-01) ... III-3 Tabel 3.6 Neraca Massa Kondensor (C-01) ... III-3 Tabel 3.7 Neraca Massa Reboiler (Rb-01) ... III-3 Tabel 3.8 Neraca Massa Recycle Hidrogen ... III-4 Tabel 4.1 Neraca Panas Heater (E-01) ... IV-1 Tabel 4.2 Neraca panas Vaporize (V-01) ... IV-1 Tabel 4.3 Neraca panas Reaktor (R-01) ... IV-2 Tabel 4.4 Neraca Panas Kondensor (C-01) ... IV-2 Tabel 4.5 Neraca Panas Heater (E-02)... IV-2 Tabel 4.6 Neraca Panas Kondensor (C-02) ... IV-3 Tabel 4.7 Neraca Panas Reboiler (Rb-01) ... IV-3 Tabel 4.8 Neraca Panas Cooler (E-03) ... IV-3 Tabel 4.9 Neraca panas Cooler (E-04) ... IV-4 Tabel 6.1 Jenis variabel pengukuran dan controller yang digunakan ... VI-10 Tabel 6.2 Daftar Penggunaan Instrumentasi pada Pra–rancangan Pabrik

Pembuatan Furfural alkohol ... VI-11 Tabel 7.1 Kebutuhan Uap... VII-1 Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin ... VII-2 Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan ... VII-4 Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai brantas ... VII-5 Tabel 7.5 Baku Mutu Air Limbah Bagi Kawasan Industri ... VII-15 Tabel 8.1 Pembagian Areal Tanah ... VIII-9 Tabel 9.1 Jumlah Tenaga Kerja Beserta Tingkat Pendidikannya ... IX-7

(13)

Tabel 9.2 Jadwal Kerja Karyawan Shift ... IX-9 Tabel 9.3 Perincian Gaji Karyawan ... IX-10 Tabel A.1 Data Bahan ... LA-1 Tabel A.2 Neraca massa pada Vaporizer ... LA-2 Tabel A.3 Neraca massa pada Separator I ... LA-3 Tabel A.4 Neraca massa pada mix point furfural ... LA-4 Tabel A.5 Neraca massa pada Reaktor ………..………..LA- 6 Tabel A.6 Neraca massa pada Separator II ... LA-8 Tabel A.7 Neraca Massa pada menara destilasi ... LA-9 Tabel A.8 Konstanta Antoine komponen ... LA-9 Tabel A.9 Titik didih umpan masuk Destilasi ... LA-10 Tabel A.10 dew point destilat ... LA-10 Tabel A.11 Boiling point produk bawah ... LA-11 Tabel A.12 omega point umpan masuk destilasi ... LA-12 Tabel A.13 Omega point destilasi ... LA-12 Tabel A.14 Neraca massa pada kondensor ... LA-13 Tabel A.15 Neraca massa reboiler ... LA-15 Tabel A.16 Neraca massa pada mix point hidrogen ... LA-15 Tabel B.1 Kapasitas Panas Gas Cpg T°K = a + bT + cT² + dT³

[ KJ/Kmol K ] ... LB-1 Tabel B.2 Kapasitas Panas Cairan

Cpl T°K = a + bT + cT² + dT³ + eT⁴ [KJ/Kmol K] ... LB-1 Tabel B.3 Data panas perubahan fasa komponen ... LB-2 Tabel B.4 Data Panas Reaksi komponen ... LB-2 Tabel B.5 Data Panas Air... LB-2 Tabel B.6 Panas Masuk heater ... LB-4 Tabel B.7 Panas Keluar Heater ... LB-5 Tabel B.8 Panas Masuk Vaporizer... LB-5 Tabel B.9 Panas Keluar Vaporizer... LB-6 Tabel B.10 Panas Masuk Reaktor Pada Alur 4 ... LB-7 Tabel B.11 Panas Masuk Reaktor Pada Alur 7 ... LB-7

(14)

Tabel B.13 Panas masuk Kondensor ... LB-9 Tabel B.14 Panas Keluar Kondensor ... LB-10 Tabel B.15 Panas Masuk Heater II ... LB-11 Tabel B.16 Panas Keluar Heater II ... LB-12 Tabel B.17 Panas masuk kondensor destilasi ... LB-13 Tabel B.18 Panas Keluar kondensor destilasi ... LB-14 Tabel B.19 Panaas masuk Reboiler destilasi ... LB-16 Tabel B.20 Panas keluar Reboiler destilasi pada alur 18 ... LB-16 Tabel B. 21 Panas keluar Reboiler destilasi pada alur 17 ... LB-17 Tabel B.22 Panas Masuk Pada Cooler I ... LB-18 Tabel B.23 Panas keluar pada cooler I... LB-19 Tabel B.24 Panas Masuk Pada cooler II ... LB-20 Tabel B.25 Panas Keluar Pada cooler II ... LB-21 Tabel C.1 Data komponen dalam Tangki T- 101 ... LC-1 Tabel C.2 Data komponen dalam Tangki T- 102 ... LC-3 Tabel C.3 Data komponen dalam tangki T- 103 ... LC-6 Tabel C.4 Data spesifikasi pompa………….………..LC-11 Tabel C.5 Program perhitungan Heater I ... LC-22 Tabel C.6 Program perhitungan pada cooler I ... LC-25 Tabel C.7 Program perhitungan pada cooler II ... LC-29 Tabel C.8 Program perhitungan pada kondensor I ... LC-32 Tabel C.9 Program perhitungan pada kondensor destilasi ... LC-35 Tabel C.10 Program perhitungan pada Reboiler destilasi ... LC-38 Tabel C.11 Program perhitungan pada Vaporize ... LC-41 Tabel C.12 Komposisi umpan masuk separator I ... LC-44 Tabel C.13 Komposisi umpan masuk separator II ... LC-47 Tabel C.14 Komposisi Bahan masuk Blower I ... LC-50 Tabel C.15 Komposisi Bahan masuk Blower II ... LC-51 Tabel C.16 Komposisi bahan masuk pada alur Vd destilasi ... LC-53 Tabel C.17 Komposisi bahan pada alur Lb destilasi ... LC-53 Tabel C.18 Komposisi bahan pada accumulator destilat ... LC-58 Tabel D.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara

(15)

Pendingin ... LD-32 Tabel D.2 Spesifikasi Pompa Pengolahan Air ... LD-38 Tabel E.1 Perincian Harga Bangunan Dan Sarana Lainnya ... LE-1 Tabel E.2 Harga Indeks Marshall dan Swift ... LE-3 Tabel E.3 Estimasi Harga Peralatan Proses ... LE-7 Tabel E.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah ... LE-8 Tabel E.5 Biaya Sarana Transportasi ... LE-10 Tabel E.6 Perincian Gaji Pegawai ... LE-14 Tabel E.7 Perincian Biaya Kas ... LE-15 Tabel E.8 Perincian Modal Kerja ... LE-17 Tabel E.9 Aturan Depresiasi Sesuai UU Republik Indonesia No.17

Tahun 2000 ... LE-18 Tabel E.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun

2000 ... LE-19 Tabel E.11 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) ... LE-26

(16)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam negara berkembang seperti Indonesia, berbagai kebutuhan produk- produk kimia belum seluruhnya dapat dihasilkan sendiri. Sebagian atau seluruhnya masih diimpor dari berbagai negara, terutama bahan-bahan yang merupakan produk antara (intermediate) untuk dijadikan berbagai produk lain yang lebih bermanfaat dan luas penggunaannya. Produk antara yang banyak dibutuhkan tersebut antara lain adalah produk-produk furfural dan turunannya, salah satunya turunannya adalah furfuril alkohol. Furfuril alkohol merupakan salah satu turunan dari furfural dan merupakan senyawa alkohol primer heterosiklik yang sangat penting dalam industri kimia yang mempunyai rumus molekul C5H6O2. Adapun kegunaan dari furfuril alkohol dalam aplikasi industri adalah :

1. Sebagai pelarut aktif dalam berbagai serat sintetik.

2. Sebagai bahan baku dari pembuatan turunan dari furfuril alkohol seperti Tetrahidrofurfuril Alkohol.

3. Sebagai pelarut dalam resin fenolis dan pelarut dalam zat warna serta pelarut dalam zat perekat (Witono, 2005).

4. Sebagai bahan kimia pembentuk untuk sintesis obat-obatan, terkhusus Ratidine yang digunakan dalam formulasi untuk obat anti bisul.

5. Dapat menaikkan kekerasan dan daya tahan pada kayu (Aurus Company,Ltd).

Begitu banyak manfaat dari furfuril alkohol seperti yang diuraikan sebelumnya, maka pendirian pabrik furfuril alkohol tentu berdampak bagus bagi industri-industri yang menggunakannya dalam proses-proses kimia karena akan semakin mudah untuk mendapatkannya di dalam negeri. Furfuril alkohol berupa cairan bening yang tidak berwarna, larut dalam air dan solvent organik kecuali paraffin, mudah menguap, dan mempunyai bau khas seperti almond.

Dalam rangka menunjang perkembangan industri yang semakin pesat, maka usaha untuk memenuhi kebutuhan bahan baku terhadap industri mempunyai peranan yang sangat penting.

(17)

Berikut ini adalah data kebutuhan impor furfuril alkohol ditampilkan pada tabel 1.1 dan data kebutuhan dunia untuk furfuril alkohol seperti yang ditampilkan pada tabel 1.2

Tabel 1.1 Tabel impor furfuril alkohol Indonesia ( Biro Pusat Statistik,2012)

Tahun Impor (Kg)

2009 556,316

2010 1,039,954

2011 1,321,422

Tabel 1.2 Tabel konsumsi furfuril alkohol dunia (tahun) (www.dalinyebo.com)

No. Negara Konsumsi (ton)

1. China 6000

2. USA 20000

3. Taiwan 5000

4. Jepang 15000

5. Amerika Selatan 10000

6. Afrika Selatan 6000

7. Eropa 7000

8. UK 12000

9. Jerman 18000

10. Lain-lain 31000

Total 130000

Impor furfuril alkohol di Indonesia dari tahun 2009 sampai tahun 2011 berdasarkan dari data BPS (Biro Pusat Statistik) tiap tahun mengalami peningkatan, artinya kebutuhan akan furfuril alkohol semakin meningkat. Oleh karena itu, dinilai penting adanya didirikan pabrik furfuril alkohol di Indonesia dengan tujuan untuk mengurangi impor dari luar negeri dan memenuhi kebutuhan furfuril alkohol secara global.

(18)

1.2 Perumusan Masalah

Furfuril alkohol merupakan salah satu bahan kimia yang banyak digunakan di dalam negeri. Oleh karena itu perlu didirikan produksi sendiri agar dapat membantu pemerintah dalam rangka swasembada bahan baku dan untuk mengurangi nilai impor dari negara luar. Melihat kebutuhan pasar yang terus meningkat perlu adanya pertimbangan pembangunan pabrik furfuril alkohol dengan menggunakan proses yang efisien, ekonomis dan ramah lingkungan.

1.3 Tujuan Perancangan

Secara umum, tujuan pra rancangan pabrik pembuatan furfuril alkohol adalah menerapkan disiplin ilmu teknik kimia khususnya di bidang perancangan dan operasi teknik kimia.

Secara khusus, tujuan pra rancangan pabrik pembuatan furfuril alkohol adalah untuk mengatasi kebutuhan di dalam dan di luar negeri, untuk meningkatkan dan menghasilkan devisa negara yang sangat diperlukan bagi pembangunan. Selain itu juga menghasilkan lapangan pekerjaan sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan masyarakat Indonesia.

1.4 Manfaat Pra rancangan Pabrik

Pra rancangan pabrik pembuatan furfuril alkohol diharapkan dapat memberikan gambaran tentang kelayakan pabrik ini untuk dikembangkan di Indonesia, sehingga dapat menjadi pertimbangan untuk pengambilan keputusan mengenai pendirian pabrik tersebut untuk meningkatkan nilai eksport dan mengurangi nilai impor dari luar negeri serta untuk membuka lapangan pekerjaan baru di Indonesia.

(19)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Furfural

Furfural merupakan senyawa terpenting komponen heterosiklik yang dikenal sebagi furan, yang ditandai dengan cincin tak jenuh rangkap dari empat atom karbon dan satu oksigen. Furfural merupakan aldehid dengan gugus –CHO pada posisi 2 atau α dan dapat diperoleh industri dari pentosan yang berasal dari limbah lignoselulosa. Turunannya adalah furfuril alkohol dan asam furoat, dan seperti komponen tetrahidrofuran, furfural memiliki ikatan rangkap yang jenuh dengan hidrogen.

Furfural pertama kali ditemukan oleh Dobereiner pada tahun 1832. Sembilan puluh tahun kemudian, sekitar 2000 penyelidikan dilaporkan dalam literatur, tetapi pada 1920 belum ada produksi komersial furfural.Penelitian yang dilakukan pada tahun tersebut untuk produksi pakan ternak dengan cara acid digestion oat hull, Brownlee menemukan uap furfural dalam digester. Furfural pertama kali diproduksi oleh The Quaker Oast Company pada tahun 1922 untuk resin fenolik.

Furfural atau furfuraldehid, C4H3OCHO, merupakan cairan tak berwarna yang mmiliki bau aromatik yang harum, dimana bila kontak dengan udara akan menjadi coklat tua atau hitam. Furfural industrial memiliki warna kuning cerah hingga coklat. Biasanya ditangani atau disimpan dalam peralatan baja atau besi.

Furfural larut dalam etanol dan eter dan juga sedikit larut dalam air. Pada temperatur di atas 230^oC, diperlukan waktu beberapa jam untuk terjadinya perubahan sifat fisik furfural, kecuali warna.

Furfural ini berguna untuk industri sebagai bahan antara yang penting,untuk pembuatan produk komersil atau industri potensial meliputi pirol dan pirolidin, sebagai pelarut selektif dalam permurnian minyak, sebagai pembuat resin, sebagai agensi penghilang warna,dan sebagai ekstraktan butadiena.

(20)

2.2 Furfuril Alkohol

Furfuril alkohol yang biasa disebut juga 2-furanmetanol atau 2-furankarbonil yang memiliki rumus molekul 2-C4H3O.CH2OH. Furfuril alkohol adalah senyawa yang paling banyak digunakan sebagai turunan dari furfural. Furfuril alkohol diproduksi dalam skala industri dengan cara hidrogenasi furfural pada fase cair maupun fase uap pada tekanan rendah. Katalis berbasis tembaga lebih dipakai dalam karena lebih selektif dan tidak mempengaruhi hidrogenasi dari cincin.

Furfuril Alkohol paling banyak digunakan sebagai monomer dalam pembuatan serat Furfuril Alkohol, sebagai pelarut aktif dalam berbagai serat sintetik, dan sebagai bahan baku untuk pembuatan senyawa turunan dari Furfuril Alkohol. Salah satu senyawa turunan yang dihasilkan dari Furfuril Alkohol adalah Tetrahidrofurfuril Alkohol (2-tetrahidrofuranmetanol), yang diproduksi dengan cara hidrogenasi katalitik Furfuril Alkohol pada fasa uap. Tetrahidrofurfuril Alkohol dipakai sebagai pelarut, pembersih, dan pewarna yang diaplikasikan dalam industri cat, pelapisan (coating), pembersih dan farmasi (Witono,2005).

2.3 Sifat Fisik dan Sifat Kimia Bahan Baku dan Produk 2.3.1 Bahan Baku

1. Furfural

Fase : Cair

Rumus molekul : C5H4O2

Berat molekul, g/gmol : 96,06

Titik didih normal (1 atm), ^oC : 161,7

Titik beku, ^oC : -36,5

Densitas cairan (20^oC ), g/ml : 1,1598

Tekanan kritis, MPa : 5,502

Temperatur kritis, ^oC : 397

Kelarutan dalam air (20ôC), %berat : 8,3 Panas penguapan, KJ/mol : 38,6 Panas spesifik (cair) (20-100ôC), J/(g.K) : 1,741 Viskositas pada 25ôC , cP : 1,49

Kemurnian , % berat : 95

(21)

2. Hidrogen

Fase : Gas

Rumus molekul : H2

Berat molekul : 2,016

Densitas (udara=1), gas : 0,06948

Titik didih, ^oC : -252,8

Titik lebur, ^oC : -259,1

Kelarutan dalam air, cc/100 g (0^oC) : 2,1

cc/100 g (80^oC) : 0,85

Suhu kritis, ^oC : -426,7

Tekanan kritis, atm : 12,8

Kemurnian, % berat : 98

2.3.2 Bahan Pembantu Copper sodium silicate

Fase : Padat

Rumus molekul : Cu-Na2SiO3

Bulk density g/l : 475

Bentuk : pellet

Titik leleh, ^oC : 1085,5

2.3.3 Produk

Furfuril Alkohol

Fase : Cair

Rumus molekul : C5H6O2

Titik didih normal (1 atm), ^oC : 170 Viskositas pada 25^oC , cP : 4,62

Kemurnian, % berat : 98 %

Kelembaban, % berat : 0,6

Furfural, % berat : 0,3

(22)

2.4 Proses Pembuatan Furfuril Alkohol

Pembuatan furfuril alkohol dibuat dengan beberapa proses. Untuk menentukan proses yang paling sesuai dan yang paling menguntungkan, dapat dilakukan dengan meninjau beberapa proses pembuatan furfuril alkohol.

1. Reduksi furfural dengan NaOH (Sodium Amalgam) (reaksi Cannizaro) Persamaan reaksinya adalah :

2C5H4O2(l) + NaOH(l) C5H6O2(l) + C5H3O3Na(l)

Furfural Sodium Hidroksida Furfuril Alkohol Furoat Amalgam Alkohol Proses ini dilakukan dalam skala laboratorium pada tahun 1864 dengan proses batch. (Kirk Othmer, 1966)

2. Reduksi furfural dengan hidrogen (Hidrogenasi Furfural) dengan menggunakan katalis.

Proses ini dilakukan dalam skala industri dengan proses kontinyu, kemudian dikembangkan oleh FN.Peters dari Quaker Oats Company dari H.Adkinds, serta R.Connor dari Universitas Wisconsin. Hidrogenasi furfural untuk mendapatkan furfuril alkohol dapat dijalankan pada berbagai kondisi.

a.C5H4O2(l) + H2(g) Cu-Cr2O3 C5H6O2 (l) (Kirk Othmer, 1966) P = 1000-1500 psig

T = 175^oC

Pada proses ini beresiko tinggi karena dijalankan pada tekanan tinggi dan kemurnian produk rendah.

b. C5H4O2 (l) + H2 (g) Ni C5H6O2 (l) (US. Patent 2763666) P = 600 psig

T = 130 ^oC

Pada proses ini kemurnian yang didapat masih rendah. Penggunaan katalis Ni dalam reaksi belum mendapatkan hasil yang maksimal seperti pada penggunaan katalis Cu-Na2SiO3 seperti reaksi di bawah ini.

Cu-Na2SiO3 20%

c. C5H4O2 (g) + H2 (g) C5H6O2 (g) (US. Patent 5591873) P = 1 atm

T = 170 ^oC

(23)

Pada proses ini digunakan tekanan 1,2 bar dan H2 yang digunakan berlebih (excess) untuk mendapatkan furfuril alkohol yang relatif murni. Jika menggunakan H2 dalam jumlah yang stokiometris maka hasil furfuril alkohol yang diperoleh kemurniannya rendah. Pada kondisi ini furfural harus dijaga dalam fase gas agar tidak terjadi polimerisasi dan “white water product” serta mencegah pengembunan furfural di dalam pipa katalis dan mencegah terjadinya coloured product (Swadesh.

S, 1956).

Berdasarkan peninjauan proses hidrogenasi furfural, dapat dibuat matrik pemilihan proses, dapat dilihat pada tabel dibawah ini

NO Karakteristik Hidrogenasi furfural dengan

katalis Copper oxidechromium

Oxide

Hidrogenasi furfural dengan

katalis Raney nickel

Hidrogenasi furfural dengan katalis Copper-

sodium Silikat

1 Proses Kontinyu Kontinyu Kontinyu

2 Suhu 175ôC 80-130ôC 170ôC

3 Tekanan 1000-1500 psi 600 psi 1 atm

4 Fase Cair Cair Gas

5 Katalis Copper

oxidechromium Oxide

Raney nickel Copper-sodium Silikat

6 Reaktor Gelembung Autoclave Fixed bed multi

Tubular 7 Bahan baku Furfural dan

Hydrogen

Furfural dan Hydrogen

Furfural dan Hydrogen 8 Hasil samping Terjadi

polimerisasi, white water produk dan coloured product

white water product dan coloured product

-

9 Produk akhir Furfuril alkohol Furfuril alkohol Furfuril alkohol

(24)

Dari uraian di atas, dapat dilihat beberapa keunggulan dari hidrogenasi furfural dengan katalis copper – sodium silikat antara lain : (Swadesh,1956)

1. Tidak adanya hasil samping dari reaksi seperti yang terjadi pada hidrogenasi furfural dengan katalis copper oxide chromium oxide dan pada hidrogenasi furfural dengan katalis Raney nikel.

2. Proses ini tidak terlalu beresiko tinggi karena dijalankan dengan tekanan yang relatif rendah.

3. Diperoleh konversi 95 % dengan hidrogenasi pemakaian katalis copper – sodium silikat.

2.5 Deskripsi Proses 2.5.1 Proses pendahuluan

Cairan furfural dari tangki bahan baku (T-01) pada kondisi suhu 30^oC dan tekanan 1 atm , dipompa menuju ke vaporizer (V-01) untuk diuapkan. Hasil keluaran dari vaporizer (V-01) berupa cairan dan uap furfural yang dipisahkan di dalam separator (S-01). Cairan furfural yang tidak menguap direcycle ke vaporizer (V-01) untuk diuapkan kembali, sedangkan hasil atas dari separator (S-01) berupa uap furfural yang nantinya bersama dengan gas H2 diumpankan ke reaktor (R-01). Gas hidrogen dari tangki bahan baku (T-02) dialirkan menuju pemanas (E-01) untuk dipanaskan sampai suhu operasi masuk reaktor 170^oC.

2.5.2 Proses pembuatan dan pemurnian hasil

Gas hidrogen ini kemudian dicampur dengan uap furfural yang keluar dari separator (S-01) dan siap dimasukkan ke reaktor (R-01). Reaksi berlangsung di dalam reactor fixed bed multitubular, dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

C5H4O2(g) + H2(g) Cu-Na2SiO3 20% C5H6O2(g) P = 1 atm

T = 170^oC

Reaksi fase gas berlangsung di dalam pipa-pipa reaktor yang berisi katalis Cu-Na2SiO3. Reaksi yang terjadi eksotermis dan untuk mempertahankan suhu operasi, digunakan air pendingin yang mengalir melalui shell di dalam reaktor. Gas hasil reaksi yang keluar dari reaktor berupa uap furfural, uap air, uap hidrogen dan uap furfural alkohol, yang kemudian diembunkan dengan kondensor (C-01). Keluar dari kondensor (C-01) berupa cairan furfural, air, cairan furfuril alkohol, gas H2 yang

(25)

tidak mengembun. Campuran hasil keluar kondensor dimasukkan dalam separator (S-02) untuk dipisahkan fase berat dan fase ringan. Hasil atas dari separator (S-02) direcycle ke reaktor. Hasil bawah separator (S-02) dimasukkan ke menara destilasi (MD-01) untuk dimurnikan. Furfural, air yang menguap dibuang ke Unit Pengolahan Limbah, sedangkan cairan furfuril alkohol didinginkan untuk selanjutnya disimpan di tangki penyimpanan (T-03) (Ullmann,2007).

(26)

BAB III NERACA MASSA

Hasil perhitungan neraca massa pada proses pembuatan furfuril alkohol dengan kapasitas produksi 30.000 ton/tahun diuraikan sebagai berikut :

Basis perhitungan : 1 jam operasi Waktu bekerja : 330 hari Satuan operasi : kg/jam

Maka, kapasitas produksi furfuril alkohol tiap jam adalah :

= 30000 ton

tahun x1000 kg

ton x tahun

330 hari x hari 24 jam

= 3750 kg/jam

Perhitungan neraca massa dilakukan dengan alur mundur, dimana perhitungan dimulai dari alur produk sampai ke alur bahan baku. Untuk menghasilkan furfuril alkohol 30.000 ton/tahun, maka diperlukan furfural sebanyak 3905,8686 kg/jam.

Berat molekul masing-masing komponen (Othmer, 1998; Reklaitis, 1983) - Furfural (C5H4O2) = 96 kg/kmol

- Furfuril alkohol (C5H6O2) = 98 kg/kmol - Hidrogen (H2) = 2,016 kg/kmol

- Air (H2O) = 18 kg/kmol

3.1 Mix point furfural

Tabel 3.1 Neraca Massa mix point furfural

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

Alur 1 Alur 4 Alur 2

C5H4O2 3905,86857 39,058686 3944,927253

H2O 78,1173714 - 78,11737135

3983,985939 39,05868568 4023,044625 4023,044625

(27)

3.2 Separator I (S-01)

Tabel 3.1 Neraca Massa separator I (S-01)

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

C5H4O2 3944,92725 39,058686 3905,868568

H2O 78,1173714 - 78,11737135

Total 4023,04462 39,058686 3983,99

4023,04462 3.3 Reaktor (R-01)

Tabel 3.2 Neraca Massa Reaktor (R-01)

C5H4O2 - 3905,86857 195,2934284

H2O - 78,1173714 78,11737135

H2 406,861309 - 329,5576604

C5H6O2 - - 3787,878788

total 406,861309 3983,98594

overall 4390,847248 4390,847248

3.4 Separator II (S-02)

Tabel 3.3 Neraca Massa Separator II (S-02)

C5H4O2 195,293428 - 195,2934284

H2O 78,1173714 - 78,11737135

H2 329,55766 329,55766 -

C5H6O2 3787,87879 - 3787,878788

Total 4390,84725 4390,84725

(28)

3.5 Menara Destilasi (MD-01)

Tabel 3.4 Neraca Massa Menara Destilasi (MD-01)

C5H4O2 195,293 157,415 37,8788

C5H6O2 3787,88 37,8788 3750

H2O 78,1174 78,1174 -

total 273,411 3787,88

4061,29 4061,29

3.6 Kondensor

Tabel 3.5 Neraca Massa Kondensor

C5H4O2 4432,5618 4275,147205 157,41464

C5H6O2 1066,6103 1028,731467 37,8787879

H2O 2199,6688 2121,551469 78,1173714

total 7425,430141 273,4108

7698,8409 7698,84094

3.7 Reboiler

Tabel 3.6 Neraca Massa Reboiler

C5H4O2 213,51712 175,638328 37,8787879

C5H6O2 21138,194 17388,19448 3750

total 17563,8328 3787,87879

21351,712 21351,71159

(29)

3.8 Recycle gas hidrogen

Tabel 3.5 Neraca Massa Recycle gas hidrogen

KOMPONEN Masuk (kg/jam) Keluar

(kg/jam)

H2 77,303649 329,558 406,86131

total 406,8613091 406,86131

(30)

BAB IV

NERACA ENERGI

Perhitungan neraca panas pada proses pembuatan pembuatan furfuril alkohol dari Furfural dan Hidrogen dengan kapasitas produksi 30.000 ton/tahun disajikan pada Lampiran B. Neraca Energi, didasarkan pada basis perhitungan 1 jam, satuan operasi dalam KJ/jam, dan temperatur referensi adalah 25⁰C (298,15 K).

Peralatan yang mengalami perubahan panas adalah : 4.1 Heater (E-01)

Perubahan neraca panas pada alat heater (E-01) dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut ini :

Tabel 4.1 Neraca Panas Heater (H-01)

Komponen Panas Masuk (kj/jam) Panas Keluar (kj/jam)

Umpan 220424,9542 -

Produk - 872753,6837

Steam 652328,7296 -

Total 872753,6837 872753,6837

4.2 Vaporizer ( V-01)

Perubahan neraca panas pada alat Vaporizer ( V-01) dapat dilihat pada Tabel 4.2 berikut ini :

Tabel 4.2 Neraca Panas Vaporizer ( V-01)

Umpan 44280,09683 -

Produk - 4450819,892

Steam 4406539,795 -

Total 4450819,892 4450819,892

(31)

4.3 Reaktor (R-01)

Perubahan neraca panas pada alat reaktor (R-01) dapat dilihat pada Tabel 4.3 berikut ini :

Tabel 4.3 Neraca Panas Reaktor (R-01)

-Komponen Panas Masuk (kj/jam) Panas Keluar (kj/jam)

Umpan 5281662,26 -

Produk - 4148228,889

Air pendingin - 3756346,172

∆Hr 2622912,8015 -

Total 7904575,062 7904575,062

4.4 Kondensor (C-01)

Perubahan neraca panas pada alat Kondensor (C-01) dapat dilihat pada Tabel 4.4 berikut ini:

Tabel 4.4 Neraca Panas Kondensor (C-01)

Umpan 4148228,889 -

Produk - 613797,7212

Total 4148228,889 4148228,889

4.5 Heater (E-02)

Perubahan neraca panas pada alat heater (E-02) dapat dilihat pada Tabel 4.5 berikut ini:

Tabel 4.5 Neraca Panas Heater (E-02)

Umpan 396429,7099 -

Produk - 3346252,803

Steam 2949823,094 -

Total 3346252,803 3346252,803

(32)

4.6 Kondensor (C-02)

Perubahan neraca panas pada alat Kondensor (C-02) dapat dilihat pada Tabel 4.6 berikut ini:

Tabel 4.6 Neraca Panas Kondensor (C-02)

Komponen Panas Masuk (kj/jam) Panas Keluar (kj/jam)

Umpan 9505810,613 -

Produk - 7083813,488

Total 9505810,613 9505810,613

4.7 Reboiler (Rb-01)

Perubahan Neraca panas Pada Alat Reboiler (Rb-01) dapat dilihat pada Tabel 4.7 Berikut ini :

Tabel 4.7 Neraca Panas Reboiler (Rb-01)

Umpan 6733478,456 -

Produk - 6888802,306

Steam 155323,8494 -

Total 6888802,306 6888802,306

4.8 Cooler I (E-03)

Perubahan Neraca panas pada alat Cooler I (E-03) dapat dilihat pada Tabel 4.8 berikut ini :

Tabel 4.8 Neraca Panas Cooler I (E-03)

Umpan 259355,5654 -

Produk - 3329,522513

Total 259355,5654 259355,5654

(33)

4.9 Cooler II (E-04)

Perubahan Neraca panas pada alat Cooler II (E-04) dapat dilihat pada Tabel 4.9 berikut ini :

Tabel 4.9 Neraca Panas Cooler II (E-04)

Umpan 1222617,353 -

Produk - 39190,88755

Total 1222617,353 1222617,353

(34)

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN

5.1 Tangki Penyimpanan Furfural (T-01)

Fungsi : Menyimpan Furfural untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Carbon Steels SA- 285 Grade C

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Tekanan : 1 atm Temperatur : 30C

Volume : 3000,29111 m³

Diameter : 13,6584 m

Tinggi silinder : 18,2112 m Tinggi tangki : 21,6258 m Tebal plat : 3 in

5.2 Tangki Penyimpanan Hidrogen (T-02)

Fungsi : Menyimpan Hidrogen untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240 grade S tipe 304 (18Cr-8Ni) Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Single welded butt joints

Jumlah : 2 unit

Volume : 2943,3436 m³

Tinggi silinder : 17,2877 m Tinggi tangki : 20,0538 m Tebal plat : 3,9373 in

(35)

5.3 Tangki Penyimpanan Furfuril alkohol (T-03)

Fungsi : Menyimpan furfuril alkohol untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Carbon Steels SA- 285 Grade C

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Volume : 2914,683602 m³

Tinggi silinder : 18,63636 m Tinggi tangki : 21,41817 m Tebal plat : 2,5 in

5.4 Reaktor (R-101)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi hidrogenasi furfural Jenis : Fixed bed multitubular

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-299

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : - Temperatur masuk : 170 ^oC - Temperatur keluar : 170 ^oC

- Tekanan operasi : 1 atm

Kondisi fisik : - Silinder : Diameter : 3,1468 m Panjang : 6 m Tebal : 0,2994 in - Tutup : Diameter : 3,1468 m

Tinggi : 0,7867 m Tebal : 0,2262 in

(36)

5.5 Separator I I (S-02)

Fungsi : Menampung keluaran reaktor setelah dikondensasikan dan memisahkan fraksi gas dan cair

Bentuk : Silinder horizontal

Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240 grade S tipe 304 (18Cr-8Ni) Jenis sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 70°C

Tekanan :1 atm

Laju alir gas, F gas : 16,47788 kmol/jam

Laju alir cairan, F cairan: 406,129 kg/jam = 895,366 lbm/jam

Perhitungan :

➢ Diameter tangki : 15,7289 ft

➢ Tinggi kolom uap minimum : 5,5 ft

➢ Waktu tinggal : 3 menit = 180 s

➢ Tinggi cairan : 0,09163 ft

➢ Panjang kolom : 6,41631 ft

➢ Tebal shell tangki : 0,1716 in

5.6 Destilasi (D-101)

Fungsi : memisahkan campuran furfuril alkohol dari furfural dan air Jenis : sieve – tray

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240 grade S tipe 304 (18Cr-8Ni)

Jumlah : 1 unit

Tray spacing (t) = 0,4 m

Hole diameter (do) = 4,5 mm Space between hole center (p’) = 12 mm

Weir height (hw) = 5 cm

Pitch = triangular ¾ in

Column Diameter (T) = 0,5850 m Weir length (W) = 0,4680 m

(37)

Downspout area (Ad) = 0,02364 m² Active area (Aa) = 0,2214 m² Weir crest (h1) = 0,00493 m Spesifikasi kolom destilasi

Tinggi kolom = 5,2 m

Tinggi tutup = 0,1462 m

Tinggi total = 5,4924 m

Tekanan operasi = 101,325 kPa Tebal silinder = 1,2793 in

5.7 Accumulator Destilat (AC-101)

Fungsi : Menampung distilat pada destilasi 1 (T-101) Bentuk : Silinder horizontal dengan tutup ellipsoidal

Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240 grade S tipe 304 (18Cr-8Ni) Jenis sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Kapasitas : 0,3839 m³ Ukuran

➢ Silinder : Diameter = 0,5414 m Panjang = 1,8619 m Tebal = 1,5 in

➢ Tutup : Diameter = 0,27658 m Panjang = 0,0690 m Tebal = 1,5 in 5.8 Pompa (P-01)

Fungsi : memompa furfural dari tangki penyimpanan ke vaporizer Jenis : pompa sentrifugal

Bahan kontruksi : Commercial Steel Jumlah : 1 unit

Laju massa : 3983,98594 kg/jam Daya motor : 0,5 hp

(38)

5.9 Pompa (P-02)

Fungsi : memompa furfural yang direcyle dari separator ke vaporizer (V-01)

Jenis : pompa sentrifugal Bahan kontruksi : Commercial Steel Jumlah : 1 unit

Laju massa : 39,0586 kg/jam Daya motor : 1/20 hp

5.10 Pompa (P-03)

Fungsi : memompa keluaran kondensor parsial menuju separator II (S-02)

Laju massa : 4390,847248 kg/jam Daya motor : ½ hp

5.11 Pompa (P-04)

Fungsi : memompa keluaran separator menuju menara destilasi Jenis : pompa sentrifugal

Laju massa : 4061,289588 kg/jam Daya motor : ½ hp

5. 12 Pompa (P-05)

Fungsi : memompa keluaran reboiler destilasi menuju kembali ke Menara destilasi

(39)

Laju massa : 21351,7112 kg/jam Daya motor : 2,75 hp

5. 13 Pompa (P-06)

Fungsi :memompa keluaran akumulator menuju destilasi Jenis : pompa sentrifugal

Laju massa : 6415,7 kg/jam Daya motor : ¾ hp

5. 14 Pompa (P-07)

Fungsi : memompa keluaran destilasi menuju tangki penampung furfuril alkohol

Laju massa : 3787,8787 kg/jam Daya motor : 1/2 hp

5. 15 Blower (B-01)

Fungsi : Mengalirkan gas furfural dari Vaporizer (V-01) ke Reaktor Jenis : blower sentrifugal

Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : carbon steel Laju alir gas : 3989,986 kg/jam

Daya : 3,25 hp

5. 16 Blower (B-02)

Fungsi : Mengalirkan gas hidrogen dari Heater (E-01) ke reaktor (R- 101)

Jenis : blower sentrifugal

(40)

Bahan konstruksi : carbon steel Laju alir gas : 339,051 m³/jam

Daya : 12 hp

5. 17 Vaporizer (E-101)

Fungsi : Mengubah Furfural cair menjadi uap Jenis : 2-6 shell and tube heat exchanger

Shell :

Diameter dalam (ID) = 25 in

Baffle space (B) = 20 in

Passes (n) = 8

Tube :

Diameter dalam (ID) = 0,9020 in Diameter luar (OD) = 1 in

BWG = 18

Pitch (triangular) = 1,25 in

Panjang = 20 ft

5. 18 Heater (E-01)

Fungsi : memanaskan Hidrogen sebelum masuk reaktor (R-101) Jenis : 2-4 shell and tube heat exchanger

Shell :

Passes (n) = 2

Tube :

BWG = 12

Pitch (triangular) = 1 in

Panjang = 12 ft

(41)

5. 19 Heater (E-02)

Fungsi : memanaskan keluaran separator sebelum masuk Menara Destilasi (MD-01)

Jenis : 2-4 shell and tube heat exchanger

Shell :

Diameter dalam (ID) = 17,25 in

Passes (n) = 2

Tube :

BWG = 12

Panjang = 12 ft

5.20 Cooler (E-03)

Fungsi : Menurunkan suhu keluaran kondensor destilasi sebelum diumpankan ke dalam unit Pengolahan Limbah

Shell :

Passes (n) = 2

Tube :

BWG = 16

Panjang = 20 ft

(42)

5. 21 Cooler (E-04)

Fungsi : Menurunkan Suhu Keluaran Reboiler Destilasi Sebelum diumpankan Ke tangki produk Furfuril alkohol

Shell :

Passes (n) = 6

Tube :

BWG = 18

Panjang = 10 ft

5.22 Reboiler Destilasi (RB -01)

Fungsi: Menguapkan hasil produk bawah pada destilasi Jenis : 5-6 shell and tube exchanger

Shell :

Passes (n) = 6

Tube :

BWG = 18

Panjang = 20 ft

(43)

5.23. Condensor Destilasi (C-02)

Fungsi: Mengembunkan hasil atas dari kolom destilasi Jenis : 4-8 shell and tube exchanger

Shell :

Passes (n) = 8

Tube :

BWG = 16

Panjang = 20 ft

5.24. Kondensor (C-01)

Fungsi: Mengkondensasikan keluaran reaktor (R-01) sebelum dipisahkan oleh kondensor

Jenis : 4-8 shell and tube exchanger

Shell :

Passes (n) = 8

Tube :

BWG = 16

Panjang = 20 ft

(44)

BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1 Instrumentasi

Instrumentasi adalah suatu alat yang dipakai di dalam suatu proses kontrol untuk mengatur jalannya proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang diharapkan.

Dalam suatu pabrik kimia, pemakaian instrumen merupakan suatu hal yang sangat penting karena dengan adanya rangkaian instrumen tersebut maka operasi semua peralatan yang ada di dalam pabrik dapat dimonitor dan dikontrol dengan cermat, mudah dan efisien, sehingga kondisi operasi selalu berada dalam kondisi yang diharapkan. Namun pada dasarnya, tujuan pengendalian tersebut adalah agar kondisi proses di pabrik mencapai tingkat kesalahan (error) yang paling minimum sehingga produk dapat dihasilkan secara optimal (Perry, 1999).

Fungsi instrumentasi adalah sebagai pengontrol, penunjuk (indicator), pencatat (recorder), dan pemberi tanda bahaya (alarm). Instrumentasi bekerja dengan tenaga mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan secara manual atau otomatis. Instrumen digunakan dalam industri kimia untuk mengukur variabel–variabel proses seperti temperatur, tekanan, densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas, pH, kelembaban, titik embun, tinggi cairan (liquid level), laju alir, dan komposisi. Instrumen–instrumen tersebut mempunyai tingkat batasan operasi sesuai dengan kebutuhan pengolahan (Peters et al, 2004).

Variabel–variabel proses yang biasanya dikontrol/diukur oleh instrumen adalah (Considine,1985) :

1. Variabel utama, seperti temperatur, tekanan, laju alir, dan ketinggian cairan.

2. Variabel tambahan, seperti densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas, pH, humiditas, titik embun, komposisi kimia, kelembaban, dan variabel lainnya.

(45)

Secara umum, kerja dari alat–alat instrumentasi dapat dibagi dua bagian yaitu operasi secara manual dan operasi secara otomatis. Penggunaan instrumen pada suatu peralatan proses bergantung pada petimbangan ekonomis dan sistem peralatan itu sendiri. Pada pemakaian alat – alat instrumentasi juga harus ditentukan apakah alat – alat itu dipasang pada peralatan proses (manual control) atau disatukan dalam suatu ruang kontrol yang dihubungkan dengan bagian peralatan (automatic control).

(Perry,1999).

Menurut sifatnya konsep dasar pengendalian proses ada dua jenis, yaitu :

− Pengendalian secara manual

Tindakan pengendalian yang dilakukan oleh manusia. Sistem pengendalian ini merupakan sistem yang ekonomis karena tidak membutuhkan begitu banyak instrumentasi dan instalasinya. Namun pengendalian ini berpotensi tidak praktis dan tidak aman karena sebagai pengendalinya adalah manusia yang tidak lepas dari kesalahan.

− Pengendalian secara otomatis

Berbeda dengan pengendalian secara manual, pengendalian secara otomatis menggunakan instrumentasi sebagi pengendali proses, namun manusia masih terlibat sebagai otak pengendali. Banyak pekerjaan manusia dalam pengendalian secara manual diambil alih oleh instrumentasi sehingga membuat sistem pengendalian ini sangat praktis dan menguntungkan.

Hal – hal yang diharapkan dari pemakaian alat – alat instrumentasi adalah:

− Kualitas produk dapat diperoleh sesuai dengan yang diinginkan

− Pengoperasian sistem peralatan lebih mudah

− Sistem kerja lebih efisien

− Penyimpangan yang mungkin terjadi dapat diketahui dengan cepat

Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam instrumen – instrumen adalah (Peters et al, 2004) :

1. Range yang diperlukan untuk pengukuran 2. Level instrumentasi

3. Ketelitian yang dibutuhkan 4. Bahan konstruksinya

5. Pengaruh pemasangan instrumentasi pada kondisi proses

(46)

6.1.1 Tujuan Pengendalian

Tujuan perancangan sistem pengendalian dari pabrik pembuatan furfuril alkohol adalah sebagai keamanan operasi pabrik yang mencakup :

− Mempertahankan variabel – variabel proses seperti temperatur dan tekanan tetap berada dalam rentang operasi yang aman dengan harga toleransi yang kecil.

− Mendeteksi situasi berbahaya kemungkinan terjadinya kebocoran alat, karena komponen zat yang digunakan pada pabrik pembuatan furfuril alkohol mudah terbakar. Pendeteksian dilakukan dengan menyediakan alarm dan sistem penghentian operasi secara otomatis (automatic shut down systems).

− Mengontrol setiap penyimpangan operasi agar tidak terjadi kecelakaan kerja maupun kerusakan pada alat proses.

6.1.2 Jenis – Jenis Pengendalian dan Alat Pengendali

Sistem pengendalian yang digunakan pada pabrik ini menggunakan dan mengkombinasikan beberapa tipe pengendalian sesuai dengan tujuan dan keperluannya :

1. Feedback control

Perubahan pada sistem diukur (setelah adanya gangguan), hasil pengukuran dibandingkan dengan set point, hasil perbandingan digunakan untuk mengendalikan variabel yang dimanipulasi.

2. Feedforward control

Besarnya gangguan diukur (sensor pada input), hasil pengukuran digunakan untuk mengendalikan variabel yang dimanipulasi.

3. Adaptive control

Sistem pengendalian yang dapat menyesuaikan parameternya secara otomatis sedemikian rupa untuk mengatasi perubahan yang terjadi dalam proses yang dikendalikannya, umumnya ditandai dengan adanya reset input pada controller (selain set point pada input dari sensor)

(47)

4. Inferential control

Seringkali variabel yang ingin dikendalikan tidak dapat diukur secara langsung, sebagai solusinya digunakan sistem pengendalian di mana variabel yang terukur digunakan untuk mengestimasi variabel yang akan dikendalikan, variabel terukur dan variabel tak terukur tersebut dihubungkan dengan suatu persamaan matematika.

Pengendalian yang banyak digunakan adalah jenis feedback (umpan balik) berdasarkan pertimbangan kemudahan pengendalian. Diagram balok untuk sistem pengendalian ini secara umum dapat dilihat pada Gambar 6.1 berikut ini :

controller

Elemen Pengendali

Akhir

Proses

measuring device

+

gangguan (disturbances)

Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback

Pengukuran nilai keempat variabel di atas menggunakan bantuan sensor untuk mendeteksi nilai masing – masing variabel proses. Sedangkan variabel proses yang lain termasuk dalam kategori tertentu karena variabel itu tergantung kebutuhan akan proses yang melibatkannya. Variabel proses tersebut antara lain :

a. Konsentrasi

b. Kepadatan (density) dan spesific gravity

c. Kelembaban (humidity) dan kadar air (moisture)

d. Kekeruhan zat cair (turbidity) dan derajat warna zat cair (clarity)

(48)

Untuk pengukuran nilai variabel proses di atas dapat digunakan sebuah penganalisis (analyzer).

Gambar 6.2 Sebuah loop Pengendalian

Dari gambar di atas dapat dijelaskan bahwa dalam proses terdapat variabel proses yang diantisipasi oleh elemen primer sebagai nilai perubahan proses misalnya naik turunnya level suatu tangki, tinggi rendahnya temperatur, cepat lambatnya aliran fluida, dan tinggi rendahnya tekanan dalam suatu tangki. Variabel proses ini bersifat relatif atau dalam kondisi berubah – ubah. Sensor diterjemahkan sebagai harga pengukuran. Untuk lebih jelasnya, gambar di bawah ini merupakan suatu contoh aktual dari suatu proses yang terkendali.

Gambar 6.3 Suatu Proses Terkendali ELEMEN

PENGENDALI

PROSES ELEMEN

PENGUKURAN ELEMEN

PRIMER

ELEMEN PENGENDALI

AKHIR

GANGGUAN SET POINT

h

LEVEL CONTROLER

CONTROL

VALVE

POMPA BUANG LEVEL

TRANSMITTER SUPLAI

AIR

(49)

Pada dasarnya sistem pengendalian terdiri dari (Considine,1985) : a. Elemen Primer (Primary Element)

Elemen Primer berfungsi untuk menunjukkan kualitas dan kuantitas suatu variabel proses dan menerjemahkan nilai itu dalam bentuk sinyal dengan menggunakan transducer sebagai sensor. Ada banyak sensor yang digunakan tergantung variabel proses yang ada.

− Sensor untuk temperatur, yaitu bimetal, thermocouple, termal mekanik, dll.

− Sensor untuk tekanan, yaitu diafragma, cincin keseimbangan, dll.

− Sensor untuk level, yaitu pelampung, elemen radioaktif, perbedaan tekanan, dll.

− Sensor untuk aliran atau flow, yaitu orifice, nozzle dll.

b. Elemen Pengukuran (Measuring Element)

Elemen Pengukuran berfungsi mengkonversikan segala perubahan nilai yang dihasilkan elemen primer yang berupa sinyal ke dalam sebuah harga pengukuran yang dikirimkan transmitter ke elemen pengendali.

− Tipe Konvensional

Tipe ini menggunakan prinsip perbedaan kapasitansi.

− Tipe Smart

Tipe smart menggunakan microprocessor electronic sebagai pemroses sinyal.

c. Elemen Pengendali (Controlling Element)

Elemen pengendali berfungsi menerima sinyal dari elemen pengukur yang kemudian dibandingkan dengan set point di dalam pengendali (controller). Hasilnya berupa sinyal koreksi yang akan dikirim ke elemen pengendali menggunakan processor (computer, microprocessor) sebagai pemroses sinyal pengendalian. Jenis elemen pengendali yang digunakan tergantung pada variabel prosesnya.

Untuk variabel proses yang lain misalnya :

a. Temperatur menggunakan Temperature Controller (TC) b. Tekanan menggunakan Pressure Controller (PC)

c. Aliran/flow menggunakan Flow Controller (FC) d. Ketinggian cairan menggunakan Level Controller (LC)

(50)

d. Elemen Pengendali Akhir

Elemen pengendali akhir berperan mengonversikan sinyal yang diterimanya menjadi sebuah tindakan korektif terhadap proses. Umumnya industri menggunakan control valve dan pompa sebagai elemen pengendali akhir.

1. Control valve

Control valve mempunyai tiga elemen penyusun, yaitu:

− Positioner yang berfungsi untuk mengatur posisi actuator.

− Actuator Valve berfungsi mengaktualisasikan sinyal pengendali (valve).

Ada dua jenis actuator valve berdasarkan prinsip kerjanya yaitu : a. Actuator spring/per.

Actuator ini menggunakan spring/per sebagai penggerak piston actuator.

b. Actuator aksi ganda (double acting)

Untuk menggerakkan piston, actuator ini menggunakan tekanan udara yang dimasukkan ke rumah actuator.

− Valve, merupakan elemen pengendali proses. Ada banyak tipe valve berdasarkan bentuknya seperti butterfly valve, valve bola, dan valve segmen.

2. Pompa Listrik

Elemen pompa terdiri dari dua bagian, yaitu :

− Actuator Pompa.

Sebagai actuator pompa adalah motor listrik. Motor listrik mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik yang menggerakkan motor.

− Pompa listrik berfungsi memindahkan/menggerakkan fluida baik itu zat cair, gas dan padat.

Secara garis besar, fungsi instrumentasi adalah sebagai berikut : 1. Penunjuk (indicator)

2. Pencatat (recorder) 3. Pengontrol (regulator)

4. Pemberi tanda bahaya (alarm)

(51)

Adapun instrumentasi yang digunakan di pabrik furfuril alkohol ini mencakup :

1. Temperature Controller (TC)

Adalah alat/instrumen yang digunakan sebagai alat pengatur suhu atau pengukur sinyal mekanis atau listrik. Pengaturan temperatur dilakukan dengan mengatur jumlah material proses yang harus ditambahkan/dikeluarkan dari dalam suatu proses yang sedang bekerja.

Prinsip kerja :

Rate fluida masuk atau keluar alat dikontrol oleh diafragma valve. Rate fluida ini memberikan sinyal kepada TC untuk mendeteksi dan mengukur suhu sistem pada set point.

2. Pressure Controller (PC)

Adalah alat/instrumen yang dapat digunakan sebagai alat pengatur tekanan atau pengukur tekanan atau pengubah sinyal dalam bentuk gas menjadi sinyal mekanis. Pengatur tekanan dapat dilakukan dengan mengatur jumlah uap/gas yang keluar dari suatu alat dimana tekanannya ingin dideteksi.

Prinsip kerja :

Pressure control (PC) akibat tekanan uap keluar akan membuka/menutup diafragma valve. Kemudian valve memberikan sinyal kepada PC untuk mengukur dan mendeteksi tekanan pada set point.

3. Flow Controller (FC)

Adalah alat/instrumen yang bisa digunakan untuk mengatur kecepatan aliran fluida dalam pipa line atau unit proses lainnya. Pengukuran kecepatan aliran fluida dalam pipa biasanya diatur dengan mengatur out put dari alat, yang mengakibatkan fluida mengalir dalam pipa line.

Prinsip kerja :

Kecepatan aliran diatur oleh regulating valve dengan mengubah tekanan discharge dari pompa. Tekanan discharge pompa melakukan bukaan/tutupan valve dan FC menerima sinyal untuk mendeteksi dan mengukur kecepatan aliran pada set point.