ACRYLONITRILE DARI ETHYLENE CYANOHIDRINE DENGAN PROSES DEHIDRASI.

(1)

PRA RENCANA PABRIK

ACRYLONITRILE DARI ETHYLENE CYANOHIDRINE

DENGAN PROSES DEHIDRASI

Oleh

ARSETYA BAMBANG A 0531010055

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL "VETERAN" JATIM

SURABAYA

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

PABRIK ACRYLONITRILE

DARI ETHYLENE CYANOHIDRINE

DENGAN PROSES DEHIDRASI

Oleh :

ARSETYA BAMBANG ADRIANSYAH 0531010055

Disetujui untuk diajukan dalam ujian lisan

Dosen Pembimbing

Ir. DYAH SUCI PERWITASARI, MT NIP. 19661130 199103 2 001

(3)

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan rasa syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa dan

dengan segala rahmat serta karuniaNya sehingga penyusun telah dapat

menyelesaikan Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Acrylonitrile dari Ethylene

Cyanohidrine dengan Proses Dehidrasi”, dimana Tugas Akhir ini merupakan

tugas yang diberikan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program

pendidikan kesarjanaan di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri,

Universitas Pembangunan Nasional Surabaya.

Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Acrylonitrile dari Ethylene

Cyanohidrine dengan Proses Dehidrasi” ini disusun berdasarkan pada beberapa

sumber yang berasal dari beberapa literatur , data-data , majalah kimia, dan

internet.

Pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih atas segala

bantuan baik berupa saran, sarana maupun prasarana sampai tersusunnya Tugas

Akhir ini kepada:

1. Bapak Ir. Sutiyono, MT

Selaku Dekan FTI UPN “Veteran” Jawa Timur

2. Ibu Ir. Retno Dewati, MT

Selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia, FTI,UPN “Veteran” Jawa Timur.

3. Bapak Ir. Novel Karaman, MT

Selaku Dosen Pembimbing.

(4)

iii

5. Seluruh Civitas Akademik Jurusan Teknik Kimia , FTI , UPN

“Veteran” Jawa Timur.

6. Kedua orangtua kami yang selalu mendoakan kami.

7. Semua pihak yang telah membantu , memberikan bantuan, saran serta

dorongan dalam penyelesaian tugas akhir ini.

Kami menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna,

karena itu segala kritik dan saran yang membangun kami harapkan dalam

sempurnanya tugas akhir ini.

Sebagai akhir kata, penyusun mengharapkan semoga Tugas Akhir yang

telah disusun ini dapat bermanfaat bagi kita semua khususnya bagi mahasiswa

Fakultas Teknologi Industri jurusan Teknik Kimia.

Surabaya , Juni 2011

Penyusun,

(5)

INTISARI

Perencanaan pabrik Acrylonitrile ini diharapkan dapat berproduksi dengan

kapasitas 10.000 ton / tahun. Pabrik beroperasi secara continuous selama 330 hari

dalam setahun.

Acrylonit rile t ermasuk salah sat u golongan organic t erut ama unt uk bahan

baku pembuat an Nit rile Rubber. Pada t ahun 1950 hampir semua Acrylonit rile

yang diproduksi dijadikan Acrylic Fiber.

Nitrile Rubber ini mempunyai banyak sifat penting dalam

perkembangannya, termasuk tahan terhadap bahan kimia, minyak, pelarut, panas,

goresan, sifat – sifat dielektrikdan fleksibelitas temperature yang rendah.

Penggunaan Nitrile Rubber ini antara lain adalah sebagai karet yang tahan

terhadap minyak, bahan pelapis tangki, lem atau perekat, penutup pelindung,

insulasi listrik, dan lain –lain. Secara singkat, uraian proses dari pabrik

Acrylonitrile sebagai berikut :

Ethylene cyanohidrine diuraikan secara perlahan – lahan menjadi

Acrylonitrile dan air. Ethylene cyanohidrine dimurniakan oleh vacuum destilasi

dengan bantuan katalis dehidrasiseparti active alumina. Reaksi ini dijalankan pada

tekanan atmosfer atau dibawahnya. Pada fase uap diantarasuhu 250 – 300 oC atau

dalam fase liquid. Produk dari reaksi ini dikondensasi dan dimasukkan ke

decanter dimana air akan dipisahkan dan dibuang. Crude Acrylonitrile akan

masuk ke kolom frksinasi, dimana hasil dari atas kolom yang mempunyai titik

didih rendah dikembalikan ke ethylene cyanohidrine lagi. Produk bawah

mengandung kotoran – kotoran dengan titik didih tinggi dan diasanya dibuang.

Dari bagian tengah kolom dihasilkan Acrylonitrile dengan kemurnian 99 % dan

(6)

v

Pendirian pabrik berlokasi di PIER, Pasuruan dengan ketentuan :

1. Perencanaan Operasi : 24 jam/hari

330 hari per tahun

2. Kapasitas Produksi : 10000 ton per tahun

3. Bahan Baku : Ethylene Cyanohidrine

4. Konsumsi utilitas :

• Air

• Steam

• Bahan bakar

• Dowtherm A

• Listrik

5. Bentuk Perusahaan : Perseroan terbatas

6. Struktu Organisasi : Garis dan Staff

7. Jumlah Tenaga kerja : 232 orang

8. Umur Pabrik : 10 tahun

9. Masa Konstruksi : 2 tahun

10.Lokasi Pabrik : PIER, Pasuruan

11.Analisa Ekonomi

• Pembiayaan

Modal Tetap (FCI) = Rp. 175.757.132.541,-

Modal Kerja (WCI) = Rp. 79.438.665.455,-

Modal Total (TCI) = Rp. 255.195.797.995,-

• Penerimaan

Hasil penjualan = Rp. 410.000.000.000,-

• Rehabilitasi Perusahaan

Investasi pada akhir masa konstruksi = Rp.304.423.067.429,-

Laju pengembalian Modal (ROE) = 28,29 % per tahun

Waktu pengembalian Modal (POT) = 4,43 tahun

Break Event Point (BEP) = 36 %

(7)

DAFTAR TABEL

Tabel VII.1. Instrumentasi pada Pabrik ………... VII - 5

Tabel VII.2. Jenis Dan Jumlah Fire – Extinguisher ………. VII - 7

Tabel VIII.2.1. Baku mutu air baku harian ……….………… VIII-7

Tabel VIII.2.3. Karakteristik Air boiler dan Air pendingin ………… VIII-9

Tabel VIII.4.1. Kebutuhan Listrik Untuk Peralatan Proses Dan Utilitas

……….……….……….…… VIII-60

Tabel VIII.4.2. Kebutuhan Listrik Untuk Penerangan Ruang Pabrik

Dan Daerah Proses ……….………. VIII-62

Tabel IX.1. Pembagian Luas Pabrik ……….……… IX - 8

Tabel X.1. Jadwal Kerja Karyawan Proses ……….…… X - 11

Tabel X.2. Perincian Jumlah Tenaga Kerja ……….…… X - 13

Tabel XI.4.A. Hubungan kapasitas produksi dan biaya produksi … XI - 8

Tabel XI.4.B. Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal sendiri

……….……….……….…… XI - 9

Tabel XI.4.C. Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal pinjaman ……….……….……….……… XI - 9

Tabel XI.4.D. Tabel Cash Flow ……….……….…… XI - 10

Tabel XI.4.E. Pay Out Periode ……….……….…… XI - 14

(8)

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar IX.1 Lay Out Pabrik ……….……….………… IX - 9

Gambar IX.2 Peta Lokasi Pabrik ……….……….……… IX - 10

Gambar IX.3 Lay Out Peralatan Pabrik ……….………. IX - 10

Gambar X.1 Struktur Organisasi Perusahaan ……….………… X - 14

Gambar XI.1 Grafik BEP ……….……….……… XI - 17

(9)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……….……….………. i

KATA PENGANTAR ……….……….………. ii

INTISARI ……….……….……….……… iv

DAFTAR TABEL ……….……….……….…… vi

DAFTAR GAMBAR ……….……….……… vii

DAFTAR ISI ……….……….……….………… viii

BAB I PENDAHULUAN ……….……….……… I – 1

BAB II SELEKSI DAN URAIAN PROSES ……….…… II – 1

BAB III NERACA MASSA ……….……….……. III – 1

BAB IV NERACA PANAS ……….……….…….. IV – 1

BAB V SPESIFIKASI ALAT ……….……… V – 1

BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA ……….. VI – 1

BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA …. VII – 1

BAB VIII UTILITAS ……….……….……… VIII – 1

BAB IX LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ……….. IX – 1

BAB X ORGANISASI PERUSAHAAN ……….………… X – 1

BAB XI ANALISA EKONOMI ……….……….….. XI – 1

BAB XII DISKUSI DAN KESIMPULAN ………. XII – 1

(10)

BAB I PENDAHULUAN

PRA RENCANA PABRIK ACRYLONITRILE DARI ETHYLENE CYANOHYDRINE FENGAN PROSES DEHIDRASI

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Sejarah Acrylonitrile

Acrylonitrile (Vinyl Cianide), CH2 = CHCN adalahsu8atu liquida yang tak berwarna

dengan bau yang sedikit tajam (pedas), acrylonitrile ini diketemukan padatahun1983 oleh

seorang ahli kimia berkebangsaan Prancis yaitu CH. Moureau dengan cara dehidrasi dari

Acrylamide atau Ethylene Cyanohidrine dengan fosfor Pentaoksida.

HOCH2CH2CH atau CH2 = CHCONH2 CH2CHCN + H2O

Senyawa Acrylonitrile yang sangat berguna ini hamper tidak pernah dikenal sampai

sesaat sebelum perangdunia kedua ketika bangsa jerman mulai mengembangkan kopolimer

dari Acrylonitrile ini dengan butadiene untuk dijadikan karet yang tahan terhadap minyak.

Acrylonitrile di produksi di AmerikaSerikat mulai tahun 1940, dan beberapa tahun kemudian

dikembangkan dengan cepat selama perang berlangsung, terutama sekali untuk Nitrile rubber,

yang digunakan untuk pelapis yang dapat berfungsi sebagai seal atau penahan pada tangki

bahan bakar pesawat terbang.Sejak saatitu penggunaan Acrylonitrile mulai berkembang

secara luas, terutama sekali untuk synthetic fiber, plastic modifikasi natural fiber, hidrolisis

polimer menjadi poly elektrotyles dan sebagai bahan kimia lanjutan.

Sejak tahun 1950, hamper seluruh Acrylonitrile yang diproduksi dibuat Acrylic Fiber.

Produk yang dipergunakan saat ini mempunyai kemurnian yang sangat tinggi, kotoran –

kotoran yang selain air hanya dalam beberapa bagian per juta, sedangkan adanya beberapa

persen air sangat diperlukian untuk memperbaiki kestabilan dari produk yang dihasilkan.

I.2 Perkembangan Acrylonitrile

Perkembangan pasar Acrylonitrile didunia pada tahun 1994 sebesar 1,9 juta ton dan

meningkat pada tahun 2001 sebesar 2,2 juta ton per tahun. Pengeksport terbesar berasal dari

USA, Denmark, dan Prancis. Sedangkan pengimport terbesar berasal dari Jerman, Taiwan,

UK, Belgia, dan Jepang. (www.mindbrand.com)

Chemical market report di USA pada tanggal 19 Agustus 2002 melaporkan kapasitas

pabrik Acrylonitrile di USA :

(11)

BAB I PENDAHULUAN I- 2

Produsen Juta pound / tahun

BP Chemicals, Greenlake, Texas 1000

BP Chemicals, Lima, Ohio 410

Cytec Industries, Avandle, LA 475

Du Port, Beamount, Texas 400

Solutia, Alvin, Texas 1100

Stering Chemicals, Texas City, Texas 750

TOTAL 4135

Atau kalau di konversikan ke kilogram adalah sebesar 2067500 ton / tahun.

Permintaan eksport Acrylonitrile di USA :

Tahun Milliar Pound

1996 1717

1997 1712

1998 1648

1999 1649

2000 1690

2001 1168

(www.findarticles.com)

Di Indonesia sebagian besar kebutuhan Acrylonitrile di import dari beberapa Negara

antara lain Jepang, Republik Korea, Singapura, Belanda, Jerman, Belgia, Luxemburg,

Norwegia, Spanyol, Hongkong, Taiwan, USA, UK, Italia, Prancis, Malaysia, Austria. Data

export dan import Indonesia ditunjukkan pada table berikut :

Tahun Import (Kg) Export (Kg)

2004 10420707 866

2005 7060166 3108

2006 7808004 -

2007 8315807 -

2008 6412171 21

(12)

PRA RENCANA PABRIK ACRYLONITRILE DARI ETHYLENE CYANOHYDRINE DENGAN PROSES DEHIDRASI

I.3 Proses Pembuatan Acrylonitrile

Adapun beberapa macam cara untuk membuat Acrylonitrile, yaitu :

1. Reaksi antara Acetylene dan hydrogen Cyanide dengan katalisator Cuprous Chloride

CH = CH + HCN CH2 = CH – CN

Hasil mentah banyak mengandung hasil ikatan seperti : Acetaldehide, Vinyl

Acetylene, Methyl Vynil Keton, 1 – Cyani Butana, dan Lactonotrile. Kerugian dari

proses adalah harga bahan baku yang relative mahal dan diperlukan regenerasi katalis.

2. Oksidasi katalitik campuran antara Propylene dan Ammonia dengan katalis udara

pada fase uap yang dikenal dengan nama Ammoksidasi

CH2 = CH – CH3 + NH3 + 1 ½ O2 CH2 = CHCN + H2O

Proses ini hanya bias diperoleh Acrylonitrile 70 % dengan hasil seperti : Hydrogen

Cyanide, Acetonitrile, dan Carbon Oxide.

3. Dehidrasi Ethylene cyanohidrine dengan katalisator alumina.

HOCH2CH2CN CH2 +CHCN + H2O

Pada proses ini diperoleh kemurnian Acrylonitrile kurang lebih 90 % berat. Sebagian

besar terdiri dari Acrylonitrile dan air dengan sedikit zat ikutan. Reaksi bias dijalankan dalam

fase cair atau gas pada tekanan atmosfer dan suhu 250o – 350oC.

I.4 Penggunaan Acrylonitrile

Acrylonitrile termasuk salah satu golongan organic terutama untuk bahan baku

pembuatan Nitrile Rubber. Pada tahun 1950 hampir semua Acrylonitrile yang diproduksi

dijadikan Acrylic Fiber.

Nitrile Rubber ini mempunyai banyak sifat penting dalam perkembangannya,

termasuk tahan terhadap bahan kimia, minyak, pelarut, panas, goresan, sifat – sifat

dielektrikdan fleksibelitas temperature yang rendah. Penggunaan Nitrile Rubber ini antara

lain adalah sebagai karet yang tahan terhadap minyak, bahan pelapis tangki, lem atau perekat,

penutup pelindung, insulasi listrik, dan lain –lain.

(13)

I.5 Sifat – sifat fisika dan kimia Acrylonitrile

1. Sifat fisika Acrylonitrile

• Bentuk = liquida, tidak berwarna

• Bau = sedikit tajam

• Rumus molekul = 53,06

• Tekanan kritis = 34,9 atm

• Volume kritis = 246oC

• Spesifik gravity = 0,806

• Densitas, 20oC = 0,8060g/ml

• Densitas 25oC = 0,8004g/ml

• Koonstanta dielektrik(33,5 megacycles) = 38

• Explosive limits(by volume mairat 25oC) = 3,05 – 17,0 % ± 0,5 %

• Titik beku = - 83,55 ±005oC

• Titik didih = 77,3oC

• Temperature pembakaran = 481oC

• Refraction molar (D line) = 15,67

• Refractive index N = - 1,3888

• Surface tension (24oC) = 27,3 dyne/cm

• Berat jenis uap = 1,83 (udara = 1)

• Tekanan uap

mmHg oC

50 8,7

100 23,6

250 45,5

500 64,7

(14)

• Azeotropes

Bp, oC Acrylonitrile, wt %

Benzene 73,3 47

Carbon tetrachloride 66,2 21

Methanol 61,4 39

Isoprophyl Alcohol 71,7 56

Air 71 88

• Kelarutan Acrylonitrile

t, oC Mass fraction, %

Acrylonitrile in water Water in Acrylonitrile

0 7,15 2,1

10 7,17 2,55

20 7,30 3,08

30 7,51 3,82

40 7,9 4,85

50 8,41 6,15

60 9,1 7,65

70 9,9 9,21

80 11,1 10,95

2. Sifat kimia Acrylonitrile

(15)

• Acrylonitrile larut dalam pelarut - pelarut organictermasuk aceton, benzene, carbon tetrachloride, ether, ethyl acetat, methanol, petroleum toluene, xylem, dan beberapa

kerosene.

• Acrylonitrile ini beracun bagi pernafasan dan kulit.

• Mudah terbakar, batas peledakan di udara 3 - 17 %.

I.6 Bahan baku

1. Ethylene cyanohidrine

Ethylene cyanohidrine pertama kali dibuat paa tahun 1978 oleh erlemeyer yaitu

dengan memanaskan campuran ethylene oxide (C2H4O) dan cyanide (HCN) pada suhu 50 –

60 oC, reaksinya adalah :

CH2 – CH2 + HCN HOCH2CH2CN

O

Reaksi tersebut dioperasikan dengan menggunakan katalisator alkaline. Ethylene

Cyanohidrine dapat juga dibuat dari Ethylene Chlorohidrine dan sidium cyanide. Ethylene

cyanohidrine dapat dikonsumsi secara besar – besaran sebagai zat antara pembuatan

acrylonitrile dan ester asam acrylat.

2. Sifat fisike Ethylene cyanohidrine

o Bentuk = Liquida, kekuning - kuningan

o Rumus molekul = HOCH₂CH₂CN

o Berat molekul = 71

o Titik didih = 227 – 228 oC

o Titik nyala = -46 oC

o Spesifik gravity = 1,04

(16)

o Tekanan uap, 25 oC = 0,08 mmHg

117oC = 20 mmHg

3. Sifat kimia Ethylene cyanohidrine.

• Larut dalam air, aceton,metal etil keton, etanol, chloroform, dan dietil eter.

• Tidak larut dalam benzene, carbon tetrachloride dan naptha.

• Mudah terbakar.

4. Sifat fisika bahan pembantu (alumina / katalisator)

• Bentuk = Bola tidak berwarna

• Rumus molekul = Al2O3

• Berat molekul = 101,96

• Berat jenis = 60 lb / ft3

• Titik lebur = 1649 oC

• Ukuran (diameter) = 3 – 8 mm

(17)

BAB II SELEKSI DAN URAIAN PROSES

BAB II

SELEKSI DAN URAIAN PROSES

II.1 SELEKSI PROSES

Dalam pembuatan Acrylonitrile mempunyai 3 macam proses pembuatan :

1. Proses sohio

Proses ini didasarkan pada oksidasi propylene dan ammonia dengan katalis udara pada fase

uapyang dikenal dengan nama ammoksidasi. Reaksinya mengikuti persamaan sebagai

berikut :dengan perbandingan tertentu dimasukkan ke dalam fluidized bed reaktor. Kondisi

operasi bervariasi dari tekanan 20 -200 kPa, dan suhu 400 – 500 oC. Effluent dari reaktor

didinginkan dan dibersihkan dengan air dalam absorber, yang mengandung nitrogen

dikeluarkan. Larutan encer Acrylonitrile dan produk samping dimasukkan ke dalam kolom

recovery dimana crude Acrylonitrile, juga mengandung hydrogen cyanide dikeluarkan

melalui bagian atas. Air dan Acrylonitrile dikeluarkan lewat bawah kolom. Crude

Acrylonitrile pertama – tama dimasukkan kolom bagian atas dimana hydrogen Cyanide

dikeluarkan dilewatkan kolom produk untuk mendapatkan Acrylonitrile yang lebih murni.

(18)

BAB II SELEKSI DAN URAIAN PROSES II- 2

Acrylonitriledapat dihasilkan dari reaksi acethylene dan hydrogen cyanide dengan

memakai katalis, baik pada kondisi fase liquid maupun fase gas. Reaksinya adalahg sebagai

berikut :

CH CH + HCN CH2 = CH – CN

Pada kondisi liquid, acethylene dan hydrogen cyanide dengan perbandingan tertentu

dimasukkan ke dalam reactor yang telah berisi larutan katalis. Reaksi ini biasanya berjalan

dalam suhu 80 -90 oC. Acrylonitrile yang diperoleh kemudian di destilasi, selanjutnya

dimurnikan dan dikeringkan dengan cara destialsi azeotrop.

Pada fase uap, acethylene dan hydrogen cyanide dengan perbandingan sama

direaksikan pada suhu 40 -60 oC dengan katalis alkali dan alkali tanah. Metal seperti

hydroxide, carbonate, cyanide pada penahan yang cocok ( biasanya charcoal ) dan biasa juga

fixed atau fluidized bed. Deoxygenasi dari charcoal yang digunakan dalam persiapan katalis

tampaknya sangat penting untuk menyatakan umur dan aktifasi katalis.

3. Proses dehidrasi dari ethylene cyanohidrine

Ethylene cyanohdrine adalah bahan baku yang pertama kali dipakai dalam

memproduksi Acrylonitrile.pada saat sekarang ini, dalam bentukmurni ethylene cyanohidrine

(19)

adalah berupa liquida tidak berwarna dengan titik didih 227 -228 oC dan dihasilkan dari

reaksi ethylene oxide dengan hydrogen cyanide.

Ethylene cyanohidrine diuraikan secara perlahan – lahan menjadi Acrylonitrile dan

air. Ethylene cyanohidrine dimurniakan oleh vacuum destilasi dengan bantuan katalis

dehidrasiseparti active alumina. Reaksi ini dijalankan pada tekanan atmosfer atau

dibawahnya. Pada fase uap diantarasuhu 250 – 300 oC atau dalam fase liquid. Produk dari

reaksi ini dikondensasi dan dimasukkan ke decanter dimana air akan dipisahkan dan dibuang.

Crude Acrylonitrile akan masuk ke kolom frksinasi, dimana hasil dari atas kolom yang

mempunyai titik didih rendah dikembalikan ke ethylene cyanohidrine lagi. Produk bawah

mengandung kotoran – kotoran dengan titik didih tinggi dan diasanya dibuang. Dari bagian

tengah kolom dihasilkan Acrylonitrile dengan kemurnian 99 % dan dikirim kebagian

penyimpanan. (Keyes)

Reaksinya adalah sebagai berikut :

HOCH2CH2CN CH2 = CHCN + H2O

Dari ketiga macam proses yang telah diuraikan diatas maka dipilih salah satu untuk

membuat Acrylonitrile yaitu proses dehidrasidari ethylene cyanohidrine.

Pemilihan proses ini dengan pertimbangan sebagai berikut:

Investasi dan biaya produksi yang lebih murah dibandingkan kedua proses yang lain diatas,

hal ini disebabkan oleh :

o Bahan baku yang digunakan hanya satu macam saja, sedangkan proses yang lainnya

lebih dari satu macam bahan baku.

o Proses produksinya lebih pendek.

o Dapat menggunakan satu buah reactor saja.

II.2 Uraian proses

Pembuatan Acrylonitrile denagan menggunakan proses dehidrasi dari ethylene

cyanohidrine dibagi menjadi tiga tahap yaitu :

(20)

Pada tahap ini, athylene cyanohidrine sebagai feed dalam bentuk cair dan mempunyai

kemurnia 99 % ( dengan C2H6O2, HCN, H2O sebagai impiurities). Feed ethylene

cyanohidrine dari tangki penyimpanan (F – 111) dan dari recycle dipompa (L – 334) menuju

vaporizer(V – 110) untuk diuapkan, liquida yang tidak teruapkan dalam vaporizer selanjutnya

keluar bersama denagn vapor yang terbentuk dan keduanya dipisahkan dengan menggunakan

bantuan drum vaporizer (F – 113), liquida dikembalikan lagi ke dalam vaporizer untuk

diuapkan kembali, sedang vapor dinaikkan tekananhingga 2 atm dan kemudian dipanaskan

dengan melewatkan superheater (E – 115) hingga suhu mencapai 250 oC kemudian

ethylenecyanohidrine (gas) menuju reaktor (R – 115).

2.Tahap reaksi

Ethylene cyanohidrine dalam fase gas pada suhu 250 oCyang keluar dari

superheaterselanjutnya dialirkan ke dalam reaktor, di dalam reaktor ethylene cyanohidrine

akan mengalami reaksi dehidrasi menjadi Acrylonitrile dan air, dengan persamaan reaksi

sebagai berikut :

HOCH2CH2CN CH2 = CHCN + H2O

Reaksi yang terjadi adalah endothermic sehingga membutuhkan panas untuk menjaga

agarsuhu di dalam reactor konstan. Sebagai pemanas dipaki saturated steam yang masuk pada

suhu270 oC. Hasil reaksi yang berupa Acrylonitrile, air dan impurities lainnya dikondensasi

sekaligus didinginkan sampai mencapai suhu kamar di dalam kondensor subcooler (E – 212)

sampai suhu kamar, akan tetapi terlebih dahulu kelebihan panas yang dibawa oleh gas – gas

keluar dari reactor (panas superheater) harus dihilangkan / atau diturunkan hingga

mencapaisuhu dewpoint dari gas – gas keluar reactor yaitu dengan melewatkan ke dalam

desuperheated (E – 211).

3.Tahap pemurnian hasil

Produk yang keluar dari kondensor subcooler dialirkan dalam decanter (H – 310)

untuk dipisahkan air dan komponen impurities. Acrylonitrile yang berada di bagian bawah

decanter masih mengandung sedikit air, ethylene cyanohidrine, sehingga perlu pemurnian

lebih lanjut dalam kolom destilasi ( D – 310), sedang pada bagian atas komponen impurities

terikut semuanya beserta air ditampung dalam tangki penampung (F – 312), sedang lapisan

bawah juga dutampung dalam tangki penampung (F – 311).

(21)

Dari tangki penampung (F – 311) Acrylonitrile yang masih mengandung airdan

ethylene cyanohidrine dipompa (L – 313) menuju heater destilasi (E – 321)untuk dipanaskan

sampai suhu didihnya 84,64 oC, kemuian masuk ke kolom destilasi. Produk atas kolom

destilasi dikondensasi dalam total kondensor (E – 322), lalu ditampung sementara dalam

akumulator (F323). Dari akumulator produk dipompa (L – 324) sebagian dimasukkan

kembali ke puncak kolom destilasi sebagai refluks,sebagian lagi dialirkan menuju cooler (E –

325). Dari cooler selanjutnya ditampung dalam tangki penampung produk Acrylonitrile (F –

326).

Produk bawah kolom destilasi dimasukkan ke reboiler (E – 327). Uap yang keluar

dari reboiler dimasukkan lagi ke dalam kolom destilasi, sedangkan sebagian lagi yang berupa

liquida dengan bantuan pompa (L – 331) dialirkan menuju evaporator (V – 330). Liquida

yang keluar dari evaporatordi bagian bawah dialirkan kembali ke vaporizersebagia recycle

(22)

BAB III NERACA M ASSA

BAB III

NERACA MASSA

kapasitas produksi = 10000 ton / tahun Operasi = 330 hari / tahun Basis Perhitungan = 1 jam operasi

Produksi Acrylonitrile = 1262,6263 kg/jam

Berat Molekul Senyawa :

Ethylene Cyanohydrine / C3H5NO = 71,08

Ethylene Glycol / C2H6O2 = 62,07

Hydrogen Cyanide / HCN = 27,03 Air / H2O = 18,02

Acrylonitrile / C3H3N = 53,06

Etylene Cyanohydrine yang digunakan sebagai bahan baku mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

Kemurnian = 99,15%

Impurities yang terkandung dalam ethylene cyanohydrine :

Ethylene Glycol / C2H6O2 = 0,20%

Air / H2O = 0,50%

HCN / HCN = 0,15% Total Persentase = 100,00%

(23)

BAB III NERACA M ASSA III- 2

1. Vaporizer

Neraca Massa Vaporizer

masuk keluar

Vapor Keluar Vaporizer

C3H5NO = 1.390,9933 kg C3H5NO = 1.362,5250 kg

C2H6O2 = 2,8058 kg C2H6O2 = 2,7770 kg

HCN = 2,1044 kg HCN = 2,0996 kg H2O = 7,0146 kg H2O = 7,0084 kg

sub total = 1.374,4101 kg

Liquid tak teruapkan di vaporizer

C3H5NO = 28,4683 kg

C2H6O2 = 0,0288 kg

HCN = 0,0047 kg H2O = 0,0062 kg

sub total = 28,5080 kg

TOTAL = 1.402,9181 kg TOTAL = 1.402,9181 kg

2. Reaktor

Neraca massa di reaktor

C3H5NO = 1.362,5250 kg C3H5NO = 136,2525 kg

C2H6O2 = 2,7770 kg C2H6O2 = 2,7770 kg

C3H3N = 946,4795 kg

TOTAL = 1.374,4101 kg TOTAL = 1.374,4101 kg

3. Desuperheater

komponen Pisaturated fraksi mol (Zi) Ki Xi = Zi/Ki

C3H5NO 0,0714 0,0536 0,0705 0,7600

C2H6O2 0,1409 0,0012 0,1391 0,0090

HCN 22,244 0,0022 21,9535 0,0001 H2O 3,7686 0,4447 3,7193 0,1196

C3H3N 3,7437 0,4984 3,6947 0,1349

Total 1,0000 1,0235

(24)

4. kondensor subcooler

Neraca massa di kondensor subcooler

C3H5NO = 136,2525 kg C3H5NO = 136,2525 kg

C2H6O2 = 2,7770 kg C2H6O2 = 2,7770 kg

C3H3N = 946,4795 kg C3H3N = 946,4795 kg

TOTAL = 1.374,4101 kg TOTAL = 1.374,4101 kg

5. Decanter

neraca massa di decanter

MASUK KELUAR

C3H5NO = 136,2525 kg aliran bawah

C2H6O2 = 2,7770 kg C3H5NO = 106,5041 kg

HCN = 2,0996 kg H2O = 38,0786 kg

H2O = 286,8014 kg C3H3N = 925,9366 kg

C3H3N = 946,4795 kg sub total = 1.070,5193 kg aliran atas

C3H5NO = 29,7484 kg

C2H6O2 = 2,7770 kg

HCN = 2,0996 kg H2O = 248,7228 kg

C3H3N = 20,5429 kg

TOTAL = 1.374,4101 kg TOTAL = 1.374,4101 kg

6. Distilasi

neraca massa di menara distilasi

bagian atas (distilat)

C3H5NO = 106,5041 kg H2O = 0,0952 kg

H2O = 38,0786 kg C3H3N = 925,8618 kg

C3H3N = 925,9366 kg sub total = 925,9570 kg bagian bawah (bottom)

C3H5NO = 106,5041 kg

H2O = 37,9834 kg

C3H3N = 0,0748 kg

TOTAL = 1.070,5193 kg TOTAL = 1.070,5193 kg

(25)

7. Evaporator

neraca massa di evaporator

bagian atas

C3H5NO = 106,5041 kg H2O = 37,4482 kg

H2O = 37,9834 kg C3H3N = 0,0748 kg

C3H3N = 0,0748 kg sub total = 37,5230 kg bagian bawah

C3H5NO = 106,5041 kg

H2O = 0,5352 kg

(26)

BAB IV NERACA PANAS

APPENDIX B

NERACA PANAS

Berat M olekul Senyaw a :

Et hylene Cyanohydrine / C3H5NO = 71.08

Et hylene Glycol / C2H6O2 = 62.07

Hydrogen Cyanide / HCN = 27.03

Air / H2O = 18.02

Acrylonit rile / C3H3N = 53.06

1. Vaporizer

Neraca Panas Vaporizer

Panas M asuk Panas Keluar

Komponen QF = Fi x HF 303.15 K komponen QN = Ni x HN 493.735 K

C3H5NO 15331.5290 C3H5NO 1645288.156

C2H6O2 8.2785 C2H6O2 3177.5378

HCN 36.9664 HCN 3306.3892

H2O 527.9142 H2O 27670.6484

Q steam 3012641.1520 Q loss 82515.4658

Sub total 3028545.8401 Q condensat 1279824.4720

Panas di dalam vaporizer

komponen QL = Li x HL 303.15 K

C3H5NO 13009.8496

C2H6O2 6.8058

HCN 3.0821

H2O 8.9848

Sub total 13028.7223

Total 3041782.6692 Total 3041782.6692

(27)

BAB IV NERACA PANAS IV- 2

2. Kompressor

Neraca Panas di kompresor

Komponen QN = Ni x komponen QN = Ni x HN 500.1287K

C3H5NO 1645288.1560 C3H5NO 1651231.1650

C2H6O2 3177.5378 C2H6O2 3187.6094

HCN 3306.3892 HCN 3316.9738

H2O 27670.6484 H2O 27748.1350

ΔH compressor 6041.1518

Total 1685483.8832 Total 1685483.8832

3. Superheater

Neraca panas di superheat er

Komponen QN = Ni x HN 500.1287K komponen QG = Gi x HG 523.15 K

C3H5NO 1651231.1650 C3H5NO 1674319.6797

C2H6O2 3187.6094 C2H6O2 3227.6584

HCN 3316.9738 HCN 3357.6972

H2O 27748.1350 H2O 28039.6961

Q St eam 42827.9999 Q Loss 1173.0424

Q Condensat 18194.1093

Total 1728311.8831 Total 1728311.8831

4. Reaktor

Neraca Panas di reakt or

Komponen QG = Gi x HG 523.15 K komponen QP = Pi x HP 523.15 K

C3H5NO 1572883.8682 C3H5NO 1572883.8682

C2H6O2 3175.8185 C2H6O2 3175.8185

HCN 3110.3151 HCN 3110.3151

H2O 25221.0812 H2O 25221.0812

ΔHR 523.15 K 2594372.7972 H2O produk 1006949.5596

Q St eam 57644424.6658 C3H3N 33164594.7222

Q Loss 1578858.5742 Q Condensat 24488394.6070

(28)

5. Desuperheater

Neraca Panas di desuperheat er

Komponen QP = Pi x HP 523.15 K komponen QA = Ai x HA 414.601 K

C3H5NO 1572883.8682 C3H5NO 1492453.8110

C2H6O2 3175.8185 C2H6O2 3070.8859

HCN 3110.3151 HCN 2955.3890

H2O 1032170.6408 H2O 977937.0019

C3H3N 33164594.7222 C3H3N 33168196.2480

QD in 24748.5828 QD out 156070.6118

Total 35800683.9476 Total 35800683.9476

6. Kondensor subcooler

Neraca Panas di kondensor subcooler

Komponen QA = Ai x HA 414.601 K komponen Qz = Zi x Hz 303.15 K

C3H5NO 1492453.8110 C3H5NO 193988.9612

C2H6O2 3070.8859 C2H6O2 457.4676

HCN 2955.3890 HCN -87.5328

H2O 977937.0019 H2O -419075.9407

C3H3N 33168196.2480 C3H3N 32545596.2729

QW in 5472307.0241 QW out 8796041.1317

Total 41.116.920.3599 Total 41.116.920.3599

7. Heater

Neraca Panas Heat er

Komponen QM = M i x HM 303.15 K komponen QJ = Ji x HJ 357.790 K

C3H5NO 1173.8886 C3H5NO 14394.9276

H2O 2865.5311 H2O 29051.2830

C3H3N 7355.0427 C3H3N 91623.5417

Q st eam 225857.7930 Sub Total 135069.7522

komponen QU = Ui x HU 357.790 K

C3H5NO 0.0000

H2O 0.0000

C3H3N 47.8681

Sub Total 47.8681 Q condensat e 95948.4771

(29)

Q loss 6186.158

Total 237.252.2554 Total 237.252.2554

8. Distilasi

Neraca Panas di Kondensor Dist ilasi

Komponen QV = Vi x HV 352.8681 K komponen QL = Li x HL 318.15 K

C3H5NO 0.0000 C3H5NO 0.0000

H2O 297.0837 H2O 0.1198

C3H3N 606175.8632 C3H3N 422.7385

Q air pendingin 940754.9169 Sub Total 422.8582 komponen QD = Di x HD 318.15 K

C3H5NO 0.0000

H2O 9.8157

C3H3N 34650.6943

Sub Total 34660.5101

Q air pendingin 1512144.4954

Total 1547227.8637 Total 1547227.8637

Neraca Panas t ot al di rangkaian dist ilasi

Komponen QJ = Ji x HJ 357.790 K (kJ) komponen QD = Di x HD 318.15 K (kJ)

C3H5NO 14394.9276 C3H5NO 0.0000

H2O 29051.2830 H2O 9.8157

C3H3N 91623.5417 C3H3N 34650.6943

Sub Total 135069.7522 Sub Total 135069.7522 komponen QU = Ui x HU 357.790 K (kJ) komponen QB = Bi x HB 386.770 K

(kJ)

C3H5NO 0.0000 C3H5NO 21750.8667

H2O 0.0000 H2O 39521.5261

C3H3N 47.8681 C3H3N 11.2105

Sub Total 47.8681 Sub Total 61283.6033

Q air pendingin 940754.9169 Q air pendingin 1512144.4954 Q st eam 971565.4636 Q condensat e 412738.5883

Q loss 26610.8036

(30)

9. Cooler

Neraca Panas di Cooler

Komponen QD = Di x HD 318.15 K komponen QY = Yi x HY 303.15 K

C3H5NO 0.0000 C3H5NO 0

H2O 9.8157 H2O -13.4513

C3H3N 34650.6943 C3H3N 13027.0960

QW in 2281596.7517 QW out 2303243.6170

Total 2316257.2617 Total 2316257.2617

10. Evaporator

Neraca Panas Evaporat or

komponen QB = Bi x HB 386.770 K (kJ) komponen QK = Ki x HK 404.635 K (kJ)

C3H5NO 21750.8667 H2O 135770.7733

H2O 39521.5261 C3H3N 52.612

C3H3N 11.2105 Sub Total 135823.3853

Q st eam 201904.9954 komponen QR’ = Ri’ x

(kJ)

C3H5NO 36029.5014

H2O 32.7167

Sub Total 36062.2181

Q condensat e 85772.8953

Q loss 5530.1000

Total 263188.5987 Total 263188.5987

11 Kondensor

Neraca Panas di Cooler

Komponen QK = Ki x HK 404.635 K (kJ) komponen QK’ = Ki x HK 318.15 K

H2O 135770.7733 H2O 40582.9146

C3H3N 52.612 C3H3N 9.341

QW in 9924857.1127 QW out 354535.4760

Total 10060680.4980 Total 10060680.4980

(31)

BAB V SPESIFIKASI ALAT

BAB V

SPESIFIKASI ALAT

1. Tangki Penampung C3H5NO (F-111)

Fungsi = Untuk menampung bahan baku Ethylene Cyanohidrine (C3H5NO)

Type = Silinder tegak dengan tutup atas elliptical dan tutup bawah berbentuk plat datar

Kapasitas = 15145,4929 ft3 Inside Diameter = 25,2388 ft Tebal Shell (Ts) = 7/16 in Tebal tutup (Th) = 7/16 in

Bahan = Carbon Steel SA – 285 grade C Jumlah tangki = 8 buah

Volume tiap tangki = 18931,8662 ft3

2. Pompa (L-112)

Fungsi = Mengalirkan bahan baku dari tangki penampung ke vaporizer

Type = Pompa Centrifugal Kapasitas = 2850,831 Kg/jam

Power = 0,7 Hp

Effisiensi Pompa = 19 % Effisiensi Motor = 80 % Bahan = Carbon Steel

(32)

BAB V SPESIFIKASI ALAT V- 2

3. Vaporizer (V-110)

Fungsi = Mengubah fase Ethylene Cyanohidrine dari fase liquid menjadi fase gas

Proses = Vaporizer with natural circulation Type = 1 – 2 Exchanger

Shell ID :

ID Shell = 13 ¼ in Baffle, B = 2,65 in Passes, n = 2

Tube side :

OD pipa = ¾ in

BWG = 16

Panjang Pipa, L = 16 ft Jumlah pipa,Nt = 90 buah Pitch = 1 in2

4. Drum Vaporizer (F-113)

Fungsi = Untuk memisahkan gas / vapor yang terbentuk dengan liquid yang tidak teruapkan di vaporizer Type = Silinder tegak dengan tutup atas dan tutup bawah

berbentuk elliptical Kapasitas = 6284,9427 lb / jam Inside Diameter = 2,0660 ft Tebal Shell (Ts) = 3/16 in Tebal tutup (Th) = 3/16 in

Bahan = Carbon Steel SA – 285 grade C

Jumlah = 1 buah

5. Kompressor (G-114)

Fungsi = Untuk menaikkan tekanan sebelum masuk reaktor Type = rotary sliding vane

Kapasitas = 955,4689 cuft / menit

Tenaga = 50 Hp

Jumlah = 1 buah

(33)

6. Superheater (E-115)

Fungsi = Menaikkan suhu vapor dari 220,585 oC menjadi 250

o

C

Type = 1 – 2 Exchanger Shell ID :

ID Shell = 8 in Baffle, B = 1,6 in Passes, n = 2

Tube side :

OD pipa = ¾ in

BWG = 16

7. Reaktor (R-210)

Dapat dilihat di bab VI, perancangan alat utama

8. Desuperheater (E-211)

Fungsi = Menurunkan suhu vapor dari 250 oC menjadi 141,451 oC

Tube side :

OD pipa = ¾ in

BWG = 16

(34)

9. Kondensor Subcooler (E-212)

Fungsi = Mengubah fase gas yang keluar dari reactor menjadi fase liquid sekaligus mendinginkan sampai suhu kamar 30 oC

Proses = Horizontal Condenser Subcooler Type = 1 – 2 Exchanger

Shell ID :

ID Shell = 19 ¼ in Baffle, B = 3,85 in Passes, n = 6

Tube side :

OD pipa = ¾ in

BWG = 16

10. Pompa (L-213)

Fungsi = Mengalirkan bahan dari condenser subcooler menuju ke dacanter

Power = 1,5 Hp

Jumlah = 1 buah

11. Decanter (H-310)

Fungsi = Untuk memisahkan dua lapisan yang immiscible yaitu lapisan bawah yang terdiri dari komponen (C3H5NO, H2O, C3H3N) dan lapisan atas yang terdiri

dari komponen (C3H5NO, C3H6O2,HCN, H2O,

C3H3N)

Type = Continous gravity decanter Kapasitas = 611,6976 lb / jam

(35)

Inside Diameter = 8,0386 ft Tebal Shell (Ts) = 1/4 in Tebal tutup (Th) = 1/4 in Panjang kaki = 15,2577 ft

Jumlah = 1 buah

12. Tangki penampung lapisan bawah (F-311)

Fungsi = Untuk menampung lapisan bawah yang keluar dari decanter

Type = Silinder tegak denga tutup atas elliptical dan tutup bawah berbentuk plat datar

Kapasitas = 10075,3134 lb / jam Inside Diameter = 22,0323 ft Tebal Shell (Ts) = 3/8 in Tebal tutup (Th) = 3/8 in Tinggi tangki = 36,6730 ft

Jumlah = 3 buah

13. Tangki Penampung lapisan atas (F-312)

Fungsi = Untuk menampung lapisan atas yang keluar dari decanter

Type = Silinder tegak denga tutup atas elliptical dan tutup bawah berbentuk plat datar

Kapasitas = 10315,5000 lb / jam Inside Diameter = 22,2060 ft Tebal Shell (Ts) = 3/8 in Tebal tutup (Th) = 3/8 in Tinggi tangki = 39,0222 ft

Jumlah = 3 buah

14. Pompa (L-313)

(36)

Power = 0,5 Hp

Jumlah = 1 buah

15. Heater (E-321)

Fungsi = Menaikkan suhu liquid dari 30 oC sampai 85 oC Type = 2 – 4 Exchanger

Shell ID :

Tube side :

OD pipa = ¾ in

BWG = 16

16. Kolom Distilasi (D-320)

Fungsi = untuk memurnikan C3H3N dari C3H5NO dan H2O berdasarkan perbedaan titik didih

Type = sieve tray

Jenis tray = Cross Flow Diameter kolom (D) = 3 ft Jarak antar tray (T) = 14 in Panjang Wier (lw) = 21,6 in

Tinggi Wier (hw) = 2 in (tek.operasi 1 atm) Luas untuk lubang perforasi (Aa) = 4,405 ft

Diameter lobang (do) = 1/8 in Luas total lubang (Ao), pd (n = 2,5) = 2/3 ft2 Tebal tray (t) = 5/16 in Luas Downcomer (Ad) = 0,5298 ft2

(37)

Lebar downcomer (Wd) = 4,2` in

Lebar Downcomer clearance (Adc) = 0.2625 ft 2

17. Total Kondensor (E-322)

Fungsi = Mengkondensasi uap / gases (C3H3N) yang keluar

pada bagian atas menara distilasi Type = 1 – 2 Exchanger

Shell ID :

ID Shell = 25 in Baffle, B = 5 in Passes, n = 4

Tube side :

OD pipa = ¾ in

BWG = 16

18. Akumulator (F-323)

Fungsi = Untuk menyimpan sementara produk atas dari distilasi

Type = Tangki horizontal dengan kedua tutupnya elliptical Kapasitas = 8,3338 lb / jam

Inside Diameter = 1,9199 ft Tebal Shell (Ts) = 3/16 in Tebal tutup (Th) = 3/16 in Tinggi tangki = 2,8799 ft

Jumlah = 1 buah

19. Pompa (L-324)

Fungsi = Memompa produk atas kolom distilasi dari akumulator menuju kolom distilasi sebagai reflux dan menuju cooler

(38)

Power = 2,5 Hp

Jumlah = 1 buah

20. Cooler (E-325)

Fungsi = Menurunkan suhu liquid yang keluar dari akumulator hingga mencapai suhu kamar

ID Shell = 10 in Baffle, B = 2 in Passes, n = 4

Tube side :

OD pipa = ¾ in

BWG = 16

21. Tangki penampung produk C3H3N (F-326)

Fungsi = Untuk menampung produk C3H3N / Acrylonitrile

Kapasitas = 11204,5765 ft3 Inside Diameter = 22,8265 ft Tebal Shell (Ts) = 3/8 in Tebal tutup (Th) = 3/8 in

22. Parsial Reboiler (E-327)

Fungsi = Untuk Mendidihkan kembali liquid di bagian bawah kolom distilasi

(39)

Tube side :

OD pipa = ¾ in

BWG = 16

23. Pompa (L-331)

Fungsi = Mengalirkan bahan dari reboiler menuju ke evaporator

Power = 0,1 Hp

Jumlah = 1 buah

24. Evaporator (V-330)

Fungsi = Untuk menguapkan H2O yang terkandung dilarutan ethylene cyanohidrine

Type = Pompa Centrifugal Kapasitas = 1668,0396 cuft/jam Diameter = 3,1189 ft Tinggi = 14,53 ft

Jumlah = 1 buah

25. Kondensor (E-332)

(40)

ID Shell = 13 1/4 in Baffle, B = 2,65 in Passes, n = 2

Tube side :

OD pipa = ¾ in

BWG = 16

26. Tangki penampung kondensat (F-333)

Fungsi = Untuk menampung kondensat dari kondensor

Kapasitas = 529,4216 ft3 Inside Diameter = 8,2523 ft Tebal Shell (Ts) = 3/16 in Tebal tutup (Th) = 3/16 in Tinggi Tangki = 14,0103 ft

27. Tangki Penampung C3H5NO (F-334)

Fungsi = untuk menampung C3H5NO sisa produksi

Kapasitas = 22,3666 ft3 Inside Diameter = 2,8741 ft Tebal Shell (Ts) = 3/16 in Tebal tutup (Th) = 3/16 in Tinggi Tangki = 5,0093 ft

(41)

(42)

BAB VI PERANCANGAN ALAT UTAM A

BAB VI

PERANCANGAN ALAT UTAM A

VI. A. Ket erangan Alat

Nama Alat : M ain Reakt or

Kode Alat : R – 210

Fungsi : Unt uk proses dehidrasi Et hylene Cyanohidrine unt uk menghasilkan

Acrylonit rile dan air

Type : Silinder t egak dengan t ut up at as dan baw ah berbent uk dished head

dilengkapi dengan t ube dan dist ribut or

Bahan Konst ruksi : Carbon St eel, SA – 283 Grade C

Dasar Pemilihan : mempermudah mempert ahankan keadaan yang st eady st at e

Rat e Bahan : 2800,3516 Kg = 6173,6551 lb / jam

Kondisi operasi : Suhu Operasi = 250 – 300 °C (Kirk Ot hmer)

Tekanan Operasi = 29,4 psi (Kirk Ot hmer)

Proses Operasi : Cont inuous dengan w akt u reaksi 4,3 det ik

(43)

BAB VI PERANCANGAN ALAT UTAM A VI- 2

VI. B. Prinsip Kerja

Berdasarkan pert imbangan at as fase zat yang bereaksi, pemakaian bahan dan kapasit as produksi, maka reakt or dapat dibedakan jenisnya yait u Reakt or Berpengaduk (M ixed Flow ) dan Reakt or Pipa Alir (Plug Flow ). Pada reakt or ini, et hylene cyanohidrine merupakan fase gas, maka dapat dipilih jenis react or pipa alir (Plug Flow ) unt uk memudahkan dan mempercepat kont ak reaksi. Disamping efisiensi kont ak, dit injau dari aliran fluida yang masuk react or t idak mengalami pencampuran, akan t et api langsung bereaksi, t anpa ada kesempat an unt uk t erkont aminasi dengan bahan – bahan yang lain.

React or pipa alir (plug flow ) ini berupa silinder t egak dengan t ut up at as dan baw ah berbent uk st andar dished head yang dilengkapi dengan t ube. Umpan et hylene cyanohidrine dengan t ekanan 2 at m masuk dari kat up baw ah react or melalui nozzle. Reakt an mengalir melalui t ube yang berisi kat alis alumina sedangkan media pemanas berupa st eam dialirkan melalui shell unt uk menjaga suhu dalam react or.

Produk dikeluarkan set elah mencapai w akt u reaksi yang di t ent ukan dimana valve pengeluaran produk yang berada pada t ut up at as dikendalikan oleh alat cont rol secara ot omat is.

VI. C. Kondisi Operasi

Suhu Operasi : 250 – 350 psia

Tekanan Opeasi : 29,4 psia = 2 at m

Wakt u Tinggal : 4,3 det ik

Rat e Bahan M asuk : 2800,3516 Kg / Jam = 61736551 lb / jam

Rat e Produk : 2800,3516 Kg / Jam = 61736551 lb / jam

VI. D. 1. Reakt or

VI. D. 1. A. Dimensi Reakt or

Bent uk Reakt or : Silinder t egak, t ut up at as dan baw ah berbent uk dished head dilengkapi dengan t ube dan dist ribut or

(44)

PRA RENCANA PABRIK ACRYLONITRILE DARI ETHYLENE CYANOHYDRINE DENGAN PROSES DEHIDRASI Suhu Operasi : 250 – 350 °C

Wakt u Tinggal : 4,3 det ik = 0,0012 jam

Penet uan Volume Tangki :

Kondisi feed :

Komponen M assa Fraksi BM µ (cP) C3H5NO(g) 277,6924 0,0992 71,08 0,0103

C2H6O2(g) 5,2115 0,0019 62,07 0,0130

HCN(g) 3,9247 0,0014 27,03 0,0142

H2O(g) 647,8609 0,2314 18,02 0,0155

C3H3N(g) 1865,6332 0,6662 53,06 0,0121

Tot al 2800,3226 1,0000

BM campuran = (0,0992 x 71,08) + (0,0019 x 62,07) + (0,0014 x 27,03) + (0,2314 x 18,02) + (0,6662 x 53,06)

= 46,7206

Ρ cam puran pada P =2 at m = 1520 mm Hg, T = 250 °C

Rat e bahan = 6173,6551 lb / jam

Volumet ric bahan =

Digunakan kat alis alum ina dengan diam et er 8 m m

Dimana bulk density = 59,3063 lb/cuft ; ε (porosity) = 23%

Wakt u t inggal = wakt u reaksi = 4,3 det ik = = 0,0012 jam

Direncanakan w akt u t inggal = 0,0012 jam , sehingga :

Volume bahan = 45427,9257 cuft / jam x 0,0012 jam = 54,5135 cuft

Volume t ot al t ube kat alis jika porosit y kat alis 23 % :

Asum si : volum e yang dibut uhkan unt uk reaksi = volum e t ube kat alis = volum e t ube.

Volume st eam t idak diperhit ungkan karena hanya m elew at i shell saja.

(45)

Digunakan : 1 in 16 BWG 1 9/ 16 in t riangular pit ch

Area per t ube = 0,2932 ft2 (kern, t able 10)

Digunakan panjang t ube ; L = 9 ft

Volume t iap t ube = 0,2932 ft2 x 9 ft = 2,6388 cuft

Dari t able 9 Kern hal. 842, didapat jum lah t ube yang m endekat i dengan 90 t ube

Unt uk ¾ in OD pada 1 5/ 16-in t riangular pit ch adalah 90 buah

Sehingga volum e kat alis menjadi = volume per t ube x jum lah t ube

= 2,6388 cuft x 90

= 237,4920 cuft

Penentuan ukuran tangki dan ketebalannya

Penentuan tekanan design

P operasi = 29,4 psi

P design diam b il 10 % lebih besar dari P operasi unt uk fact or keam anan

P design = 1,1 x 29,4 = 32,34 psi

Penentuan tebal shell

Tebal shell berdasarkan ASM E Code unt uk cylindrical t ank :

Dengan : t min =t ebal shell m inimum ; in

(46)

ri = jari – jari t angki ; in (1/ 2 D)

C = fact or korosi ; in (digunakan 1/ 8 in)

E = fact or pengelasan, digunakan double w elded, E = 0,8

F = st ress allow able, bahan komst ruksi Carbon St eel SA – 283 grade C

M aka, f = 12650 psi (Brow nell, T.13 -1)

P design = 32,34 psi

R = ½ D = ½ x 72 = 36 in

Dimensi tutup, dished :

Unt uk D = 72 in denga ts = 3/ 16 in, dari Brow nell t able 5.7 didapat Icr = 4 3/ 8 in dan rc = 72 in

Tebal st andart t orispherical dished :

Dengan : th = t ebal dished minim um ; in

P = t ekanan t angki ; psig

Rc = knuckle radius ; in (B& Y, T-5.7)

E = fact or pengelasan, digunakan double w elded, E = 0,8

F = st ress allow able, bahan konst ruksi Carbon St eel SA-283 grade C

m aka f = 12650 psi (Brow nell, T.13-1)

C = fact or korosi, diam bil 1/ 8 in

P design = 32,24 psig

volum e dished = 1,05 x h2 (3Rc – h)

(47)

= 1,05 x (0,80392) ((3 x 6) – 0,8039)

= 11,6687 cuft

Penentuan dimensi tutup atas, dished :

ID shell = 72 in

a = ID / 2 = 36 in

unt uk D = 72 in dengan ts = 3/ 16 in, dari Brow nell Table 5.7 didpat :

Rc (r) = radius of dish = 72 in

icr (r) = inside crow n rsaleh = 4 3/ 8 in

= 36 – 4,3750 = 31,6250 in

BC = r – icr = 72 – 4,3750 = 67,625 in

= 59,7746 in

= 72 – 59,7746 = 12,2254 in

sf = st raight flange = dipilih 2 in = 2 in (Brow nell, T.5.6)

t = t ebal dished = 5/ 16 = 0,3125 in

OA = t + b +sf = 0,3125+12,2254+2 = 147,5379 in

Perhitungan system distributor

Rat e bahan = 2800,3516 kg = 6173,6551 lb / jam

ρ bahan = 0,1359 lb/ cuft

= 757,1321 cuft / m enit = 12,6189 cuft / dt

Di opt im um unt uk t urbulen, Nre > 2100 digunakan persam aan (15) pet ers :

Diamet er opt imum = 3,9 x qf

0,45_{x ρ}0,13

dengan : qf = fluid flow rat e ; cfs

ρ = fluid densit y ; lb/ cuft

(48)

Diamet er pipa opt imum = 9,4155 in (Pet ers, 3t h ed, pers. 15, hal 434)

Dipilih pipa 10 in, sch 40 (Brow nell Ap. K)

OD = 10,75 in

ID = 10,02 in = 0,835 ft

A = 0,5479 ft2

kecepat an aliran,

µ cam puran = 0,0052 cP (1cP = 0,000672 lb/ ft .dt )

= 3,4944.10-6 lb/ ft .dt

dengan Nre > 2100 unt uk m enent ukan diam et er dist ribut or digunakan persam aan 6.5 dari Treybal halam an 141 : dp = 0,0071 x Nre -0,05

dengan : dp = diamet er dist ribut or ; ft

dp = 0,0071 x (747917,4285)-0,05 = 0,0036 ft = 1,097 mm (1 ft = 304,8 m m)

dipilih ukuran diam et er = 1,5 m m = 0,0049 ft

unt uk pem asangan sejajar at au segaris pada pipa, jarak int erfae (C) dianjurkan inim al m enggunakan

jarak 3 dp. maka C = 3 x 0,0049 ft = 0,0147 ft

Diamet er dist ribut or t ot al (OD) = dp + ½ jarak = 0,0049 + ½ 0,0147 = 0,0123 ft

M enentukan pressure drop di reactor

ket erangan :

ΔP = P1 – P2

P1 = Tekanan gas m asuk react or, Pa

P2 = Tekanan gas keluar react or, Pa

ρ = Densit as gas rat a – rat a pada (P1 + P2) / 2

(49)

G’ = m / A

m = rat e massa, kg/ s

Luas area dari bed (A) = (π / 4) . ID2

; kg / m

Dp = Diam et er part ikel alum ina (kat alis), m

ΔL = t inggi pipa, m

ε = porosit y kat alis

dimana :

µrat a-rat a = (µ in + µ out ) / 2, Pa.s

diket ahui :

P1 = 2 at m

Dp = 0,95 mm = 0,0095 m

ID shell = 72 in = 1,8288 m

A = π / 4 . ID2

= (3,14 / 4) x (1,8288)2 = 2,6255 m2

m = 2800,3516 kg/ jam = 0,7779 kg/ s

G’ = m / A

= 0,7779 / 2,6255 = 0,2963 kg / m2

µ in = 0,0052 cP

µ out = 0,01005 cP

µrat a-rat a = (0,0052 + 0,01005) / 2 = 0,007625 cP

= 7,625 . 10-6

Jenis kat alis : alum ina

Bent uk : padat an (bola)

Bulk densit y : 59,3063 lb/ ft3

(50)

Wakt u t inggal : 4,3 dt

Volume ruang kosong = rat e volum et ric x w akt u t inggal

= 45427,9257 cuft / jam x 0,0012 jam = 54,5135 cuft

Volume bed kat alis = 54,5135 / 0,23 = 237,0152 cuft

Volume Solid = Volum e t ot al bed kat alis – volume ruang kosong

= 237,0152 – 54,5135

= 182,5017 cuft

m assa solid = bulk densit y x volume solid

= 59,3036 lb / ft3 x 182,5017 ft3

= 10823,0078 lb

=4909,2081 kg

t rial error densit as gas, dimana P2 t idak diket ahui nilainya

M = BM cam p =46,7206 kg/ mol

R = 8314,34 m3 . Pa / km ol . °K

T = 273,15 + 250 = 523,15 °K

P1 = 2 at m = 2,0265 . 10

5 Pa

Pav = (P1 + P2) / 2

diasumsi ΔP = 1,8500 . 103 Pa

P2 = P1 - ΔP

= 2,0265 . 105 – 1,8500 . 103

= 2,0080 . 105 Pa

(51)

= 2,0173 . 105 Pa

= 2,1668 kg / m3

Nre ,p = 423,7359

trial ΔP, dimana jika nilai ΔP dimasukkan pada (pers 3.1-21) maka nilainya sam a dengan 1,7854,

kemudian nilai ΔP yang baru didapat, digunakan untuk menggantikan nilai ΔP asusi untuk mendapatkan ρav yang baru kemudian dilakukan trial kembali ΔP pada pers (3.1-21) sehingga

nilainya sama dengan 1,7854. Hal ini dilakukan hingga ΔP yang sama dengan 2,1040.

dari hasil trial yang saya lakukan didapat nilai ΔP = 1,8500 . 103 Pa

sehingga dapat diket ahui P2 = 2,0080 . 10 5

Pa = 1,9817 at m

SPESIFIKASI :

Nam a Alat : Reakt or (R – 210)

Fungsi : Unt uk proses dehidrasi et hylene cyanohidrine m enghasilkan Acrylonit rile

dan air

Type : Silinder t egak dengan t ut up at as dan baw ah berbent uk dished head

dilengkapi dengan t ube dan dist ribut or

Bahan Konst ruksi : Carbon St eel , SA – 283 Grade C

Dasar pem ilihan : - fase zat yang bereaksi (gas)

- Tekanan operasi (digunakan t ekanan 32,34 psi)

Kondisi operasi : Suhu Operasi = 250 – 350 °C

Tekanan operasi = 32,34 psi

Wakt u t inggal : 4,3 det ik

Proses Operasi : st eady st at e – cont inous count er – current t ank react or

Jum lah : 1 buah

(52)

Tinggi Shell : 108 in

Diamet er Shell, inside : 72 in

Diamet er Shell, out side : 72,5 in

Tebal Shell : ¼ in

Dimensi tutup :

Tebal t ut up : 5/ 16 in

Tebal t ut up baw ah : 5/ 16 in

Tinggi t ut up at as : 9,6462 in

t inggi t ut up baw ah : 9,6462 in

Tube :

Ukuran = ¾ in OD , 16 BWG

Pit ch = 1 5/ 16 – in t riangular pit ch

Jum lah t ube = 90 buah

Sistim Distibutor

Diamet er Dist ribut or = 72 in

Diamet er Lubang = 1,5 m

Jum lah lubang = 488 lubang

(53)

BAB VII INSTRUM ENTASI DAN KESELAM ATAN KERJA

BAB VII

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

VII.1. Instrumentasi

Dalam rangka pengoperasian pabrik, pemasangan alat-alat instrumentasi sangat

dibutuhkan dalam memperoleh hasil produksi yang optimal. Pemasangan alat-alat

instrumentasi disini bertujuan sebagai pengontrol jalannya proses produksi dari

peralatan-peralatan pada awal sampai akhir produksi. dimana dengan alat instrumentasi tersebut,

kegiatan maupun aktifitas tiap –tiap unit dapat dicatat kondisi operasinya sehingga sesuai

dengan kondisi operasi yang dikehendaki serta mampu memberikan tanda-tanda apabila

terjadi penyimpangan selama proses produksi berlangsung.

Pada uraian diatas dapat disederhanakan bahwa dengan adanya alat instrumentasi

maka :

1. Proses produksi dapat berjalan sesuai dengan kondisi-kondisi yang telah

ditentukan sehingga diperoleh hasil yang optimum.

2. Proses produksi berjalan sesuai dengan effisiensi yang telah ditentukan dan

kondisi proses tetap terjaga pada kondisi yang sama.

3. Membantu mempermudah pengoperasian alat.

4. Bila terjadi penyimpangan selama proses produksi, maka dapat segera

diketahui sehingga dapat ditangani dengan segera.

Adapun variabel proses yang diukur dibagi menjadi 3 bagian, yaitu :

1. Variabel yang berhubungan dengan energi, seperti temperatur, Tekanan, dan

(54)

BAB VII INSTRUM ENTASI DAN KESELAM ATAN KERJA VII- 2

2. Variabel yang berhubungan dengan kuantitas dan rate, seperti pada kecepatan

aliran fluida, ketinggian liquid dan ketebalan.

3. Variabel yang berhubungan dengan karakteristik fisik dan kimia, seperti

densitas, kandungan air.

Yang harus diperhatikan didalam pemilihan alat instrumentasi adalah :

- Level, Range dan Fungsi dari alat instrumentasi.

- Ketelitian hasil pengukuran.

- Konstruksi material.

- Pengaruh yang ditimbulkan terhadap kondisi operasi proses yang

berlangsung.

- Mudah diperoleh di pasaran.

- Mudah dipergunakan dan mudah diperbaiki jika rusak.

Instrumentasi yang ada dipasaran dapat dibedakan dari jenis pengoperasian alat

instrumentasi tersebut, yaitu alat instrumentasi manual atau otomatis. Pada dasarnya alat-alat

kontrol yang otomatis lebih disukai dikarenakan pengontrolannya tidak terlalu sulit, kontinyu,

dan effektif, sehingga menghemat tenaga kerja dan waktu, Akan tetapi mengingat

faktor-faktor ekonomis dan investasi modal yang ditanamkan pada alat instrumentasi berjenis

otomatis ini , maka pada perencanaan pabrik ini sedianya akan menggunakan kedua jenis alat

instrumentasi tersebut.

Adapun fungsi utama dari alat instrumentasi otomatis adalah :

- Melakukan pengukuran.

- Sebagai pembanding hasil pengukuran dengan kondisi yang harus dicapai.

- Melakukan perhitungan.

- Melakukan koreksi.

Alat instrumentasi otomatis ini dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu :

(55)

1. Sensing / Primary Element.

Alat kontrol ini langsung merasakan adanya perubahan pada variabel yang

diukur, misalnya temperatur. Primary Element merubah energi yang dirasakan

dari medium yang sedang dikontrol menjadi signal yang bisa dibaca ( yaitu

dengan tekanan fluida ).

2. Recieving Element / Elemen Pengontrol.

Alat kontrol ini akan mengevaluasi signal yang didapat dari sensing element

dan diubah menjadi skala yang bisa dibaca, digambarkan dan dibaca oleh error

detector. Dengan demikian sumber energi bisa diatur sesuai dengan

perubahan-perubahan yang terjadi.

3. Transmitting Element.

Alat kontrol ini berfungsi sebagai pembawa signal dari sensing element ke

receiving element.

Disamping ketiga jenis tersebut, masih terdapat peralatan pelengkap yang lain,

yaitu : Error Detector Element, alat ini akan membandingkan besarnya harga terukur pada

variabel yang dikontrol dengan harga yang diinginkan dan apabila terdapat perbedaan alat ini

akan mengirimkan signal error. Amplifier akan digunakan sebagai penguat signal yang

dihasilkan oleh error detector jika signal yang dikeluarkan lemah. Motor Operator Signal

Error yang dihasilkan harus diubah sesuai dengan kondisi yang diinginkan , yaitu dengan

penambahan variabel manipulasi. Kebanyakan sistem kontrol memerlukan operator atau

motor untuk menjalankan Final Control Element. Final Control Element adalah untuk

mengoreksi harga variabel manipulasi. Instrumentasi pada perencanaan pabrik ini:

(56)

Mengontrol aliran setelah keluar pompa.

2. Flow Ratio Control ( F R C )

Mengontrol ratio aliran yang bercabang setelah pompa

3. Level Control ( L C )

Mengontrol ketinggian bahan didalam tangki

dapat juga digunakan sebagai ( W C ) Weight Control

4. Level Indicator ( L I )

Mengindikasikan / informatif ketinggian bahan didalam tangki

5. Pressure Control ( P C )

Mengontrol tekanan pada aliran / alat

6. Pressure Indicator ( P I )

Mengindikasikan / informatif tekanan pada aliran / alat

7. Temperature Control ( T C )

Mengontrol suhu pada aliran / alat

Tabel VII.1. Instrumentasi pada Pabrik

NO KODE NAMA ALAT INSTRUMENTASI

1. _{F - 111} _{TANGKI PENAM PUNG BAHAN BAKU (C}

3H5NO) LI

2 _{L - 112} _Pompa FC

3. _{V - 110} _Vaporizer TC

4. _{F - 113} _{Drum Vaporizer} TC

5. _{G - 114} _Kompresor FC

6. _{E - 115} _{Superheat er} FC, TC

7. _{R - 210} _{Reakt or} TC , LC, PC

8. _{E - 211} _{Desuperheat er} FC, TC

9. _{E - 212} _{Kondensor Subcooler} TC , FC

10. _{L - 213} _Pompa TC, FC

11 _{H - 310} _{Decant er} FC, LI

12. _{F - 311} _{Tangki Penampung Lapisan Baw ah} LI 13. _{F - 312} _{Tangki Penampung Lapisan At as} LI

14. _{L - 313} _Pompa FC

15. _{E - 321} _{Heat er} TC, LI