PABRIK ACETIC ACID DARI BUTANA CAIR DENGAN PROSES OKSIDASI.

(1)

PABRIK ACETIC ACID

DARI BUTANA CAIR DENGAN PROSES OKSIDASI

PRA RENCANA PABRIK

Oleh :

DHINNA SHEPTIANA KURNIAWATI NPM : 0831010037

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” SURABAYA – JAWA TIMUR

(2)

Kata pengantar

Pra rencana acetic acid iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan YME atas karunia dan rahmat-Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan dengan baik pra rencana pabrik ini yang berjudul “Pabrik Acetic Acid dari Butana Cair dengan Proses Oksidasi”.

Pra rencana ini disusun untuk memenuhi tugas yang diberikan kepada mahasiswa Program Studi Teknik Kimia, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Kimia.

Sebagai dasar penyusunan pra rencana pabrik ini adalah teori yang diperoleh selama kuliah, data-data dari majalah, internet maupun literatur yang ada. Selanjutnya, dengan tersusunnya pra rencana pabrik ini, saya menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Sutiyono, MT selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.

2. Ibu Ir. Retno Dewati, MT selaku Kepala Jurusan Teknik Kimia, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.

3. Ibu Ir. Titi Susilowati, MT selaku dosen pembimbing.

4. Bapak, Ibu, Saudara tercinta yang telah memberikan dorongan, doa, dan restu serta semangat demi berhasilnya studi kami.

(3)

Kata pengantar

Pra rencana acetic acid iii

Saya menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam penyusunan pra rencana pabrik ini oleh karena itu segala saran dan kritik yang bersifat membangun dan bermanfaat bagi kesempurnaan laporan ini akan kami terima dengan senang hati.

Akhir kata, semoga pra rencana pabrik ini dapat memberi manfaat bagi kita semua.

Surabaya, Februari 2012

(4)

Daftar isi

Pra rencana acetic acid iv

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR GAMBAR ... vi

BAB I PENDAHULUAN ... I.1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 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 TATA LETAK DAN LOKASI... IX.1 BAB X SISTEM ORGANISASI ... X.1 BAB XI ANALISA EKONOMI ... XI.1 BAB XII DISKUSI DAN KESIMPULAN ... XII.1 DAFTAR PUSTAKA ... vii

(5)

Intisari

Pra rencana acetic acid

INTISARI

Asam asetat (CH3COOH) adalah asam organik yang dikenal sebagai pemberi rasa asam dan aroma dalam makanan. Asam cuka memiliki rumus empiris C2H4O2. Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk CH3COOH.

Asam asetat bermanfaat bagi berbagai macam industri di antaranya industri poly terephtalate acid (PTA), Industri Ethyl Asetat, Industri tekstil, Industri asam cuka, Industri benang karet, dll.

Asam asetat ini diproduksi dengan cara mereaksikan butana cair dengan gas oksigen dalam multi tube reaktor pada suhu 170C dengan tekanan 45 atm. Pada reaktor terjadi reaksi endotermis sehingga membutuhkan panas untuk proses reaksi. Produk keluar reaktor berupa gas yang kemudian didinginkan dalam kondensor untuk merubah fase produk dari gas menjadi liquid. Liquida yang terbentuk kemudian di separasi dengan menggunakan kolom distilasi berdasarkan perbedaan titik didih. Hasil produksi berupa asam asetat liquid dan hasil samping berupa larutan formiat.

Pra rencana pabrik acetic acid ini direncanakan berjalan secara kontinyu dengan ketentuan sebagai berikut :

1. Kapasitas Produksi : 150.000 ton/tahun 2. Bentuk Organisasi : Perseroan Terbatas 3. Sistem Organisasi : Staf dan garis

(6)

Intisari

Pra rencana acetic acid

5. Produk

a. Produk Utama

Acetic Acid : 15932,4397 kg/jam b. Produk Samping

Larutan Formiat : 301,6751 kg/jam 6. Bahan Baku

a. Butana : 8398,1908 kg/jam 7. Kebutuhan Utilitas

a. Listrik : 363Kwh b. Air : 1948,2634 m3/hari

c. Steam : 12735,1720 lb/jam d. Bahan Bakar : 1486,3705 liter/jam 8. Analisa Ekonomi

a. Modal Tetap (FCI) : Rp 629.950.640.261 b. Modal Kerja (WCI) : Rp 82.014.682.194 c. Investasi Total (TCI) : Rp 711.965.322.456 d. IRR : 16,07 %

(7)

Pendahuluan

Pra rencana acetic acid I- 1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan ilmu disertai dengan kemajuan telah menuntut bangsa Indonesia menuju ke arah industrialisasi. Untuk menuju kemandirian di bidang industri berfokus pada bidang kimia maka kebutuhan akan bahan-bahan kimia di dalam negeri perlu ditumbuhkan dan dikembangkan dalam pembangunan sektor industri, Salah satu diantaranya adalah industri asam asetat.

Industri asam asetat dikembangkan karena begitu luasnya penggunaan asam asetat sebagai bahan dasar pada industri kimia dasar, pembuatan plastik, industri farmasi, pembuatan cat, insektisida, bahan kimia untuk fotografi, koagulan latex serta pengasaman yang baik untuk minyak dan lain-lain.

(8)

Pendahuluan

Tabel 1.1 Kebutuhan Asam Asetat di Indonesia Tahun Kebutuhan ( ton ) Perkembangan ( % )

2005 66.295 - 2006 180.867 172 2007 195.439 8,06 2008 210.012 7,55 2009 224.584 6,94 2010 239.156 6,49

( Sumber : BPS.2010.”Kebutuhan chemical di Indonesia”)

Berdasarkan tabel diatas kebutuhan asam asetat di Indonesia dari tahun ke tahun mengalami peningkatan yang cukup signifkan. Meningkatnya kebutuhan asam asetat ini belum dapat dipenuhi seluruhnya oleh satu-satunya produsen lokal, yaitu PT INDO ACIDATAMA CHEMICAL INDUSTRI, sehingga ketergantungan terhadap impor dari tahun ke tahun semakin naik. Sedangkan untuk kapasitas produksi asam asetat di Indonesia ini sendiri bisa di lihat pada tabel di bawah ini :

Tabel 1.2 Perkembangan Produksi Asam Asetat di Indonesia Tahun Produksi(Ton)

2006 38306 2007 39577 2008 40848 2009 42119 2010 43390

(9)

Pendahuluan

(Sumber : PT CIC.2010.”acetic organik”.Hal 168)

Dari total kebutuhan asam aetat tersebut, industri PTA (Pure Terephtalate Acid) merupakan pengkonsumsi terbesar asam asetat di Indonesia, yaitu sekitar 59,1 % dari total asam asetat yang dikonsumsi. Hal ini bisa di di lihat pada tabel di bawah ini :

Tabel 1.3 Total konsumsi asam asetat di Indonesia pada Tahun 2010 Konsumen Konsumsi ( ton )

Industri PTA 141341 Industri Ethyl Asetat 23.912 Industri Benang karet 4.232

Industri Asam cuka 2752 Industri Tekstil 24.367 Industri Lain-Lain 42.552

Total 239.156

(Sumber : PT CIC.2010.”Organic Acetic”.Hal 201)

Sehingga berdasarkan data tersebut, kebutuhan total asam asetat pada tahun 2010 mencapai 239.156 ton. Sedangkan produksi di Indonesia sendiri masih jauh dari mencukupi, sehingga untuk memenuhi kebutuhan tersebut Indonesia harus mengimpor asam asetat dari beberapa negara.

(10)

Pendahuluan

pengetahuan dan teknologi industri juga diharapkan dapat mengurangi ketergantungan terhadap negara lain dalam memenuhi kebutuhan dalam negeri, yaitu dengan membangun industri-industri yang dapat menggantikan peranan bahan impor. Pemerintah mengharapkan, pendirian pabrik asam asetat dapat memacu dan mendukung pertumbuhan industri-industri lain seperti industri ethyl asetat, industri PTA, industri tekstil, industri benang karet, dan industri asam cuka.

1.2Manfaat Pendirian Pabrik Asam Asetat

Manfaat pendirian pabrik asam asetat ini adalah :

- Untuk memenuhi kebutuhan pasar dalam negeri sehingga dapat mengurangi impor asam asetat

- Untuk meningkatkan devisa negara karena pasar ekspor yang menjanjikan - Dapat memberikan keuntungan secara ekonomis karena kapasitas produksi

masih berada dalam batas yang menguntungkan.

- Untuk mendorong industri kimia dan menciptakan lapangan pekerjaan, mengurangi pengangguran, dan dapat menumbuhkan dan memperkuat perekonomian di Indonesia.

1.3 Lokasi Pabrik

(11)

Pendahuluan

Pabrik asam asetat ini direncanakan akan didirikan di Bontang, Propinsi Kalimantan Timur. Pemilihan lokasi di Bontang mempertimbangkan beberapa hal, diantaranya :

1. Letak Sumber Bahan Baku

Bahan baku utama yaitu n-butana diperoleh dari PT BADAK NGL yang berlokasi di Bontang dengan kemurnian n-butana sebesar 97,5 % dan pentana 2,5%. Di PT BADAK NGL ini mempunyai kapasitas 1 juta ton/tahun sehingga sangat mencukupi untuk kebutuhan pabrik asam asetat yang akan didirikan. Pengadaan bahan baku harus benar-benar diperhatikan karena merupakan kebutuhan utama bagi kelangsungan dan kelancaran suatu produksi.

2. Utilitas

Sarana utilitas utama yaitu air dan listrik masing-masing dipenuhi dari pihak pengelola kawasan industri, baik dari sumber air tanah maupun sungai serta jaringan PLN setempat (untuk kebutuhan listrik).

3. Fasilitas Transportasi

Sarana transportasi sangatlah penting, berkaitan dengan kelancaran penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Pemasaran produk terutama dilakukan lewat jalur laut sedangkan transport bahan baku tidak mengalami banyak permasalahan karena berdekatan dengan pabrik penghasil bahan baku yaitu PT BADAK NGL.

4. Tenaga Kerja

(12)

Pendahuluan

Jumlah tenaga kerja terlatih dan berpendidikan di Kaltim meningkat seiring berkembangnya sekolah-sekolah kejuruan, akademi, dan perguruan tinggi.

5. Pemasaran

Daerah pemasaran sebagian besar berada di luar Kalimantan sehingga untuk mempermudah pemasaran ditempuh lewat jalur laut. Hal ini tidak menjadi masalah karena asam asetat adalah bahan baku yang sangat dibutuhkan bagi banyak industri terutama di Pulau Jawa yang selama ini penyediaannya sangat tergantung pada pasar impor .

6. Kebijakan Pemerintah

Pendirian pabrik asam asetat ini di dukung oleh kebijakan pemerintah kota Bontang dalam kaitannya untuk menjadikan kota Bontang sebagai pusat kawasan Industri di Indonesia Timur. Selain itu dengan pendirian pabrik asam asetat ini di harapkan pemerataan kesempatan kerja dan hasil pembangunan khususnya di luar Pulau Jawa bisa segera tercapai.

7. Perluasan Lahan

Faktor ini berkaitan dengan rencana pengembangan pabrik lebih lanjut. Bontang merupakan kawasan industri, sehingga lahan di daerah tersebut telah disiapkan untuk pendirian dan pengembangan suatu pabrik.

8. Sarana dan Prasarana

(13)

Pendahuluan

(14)

Tinjauan pustaka

Pra rencana acetic acid II- 1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Secara umum

Asam asetat (CH3COOH) adalah senyawa kimia asam organik yang

dikenal sebagai pemberi rasa asam dan aroma dalam makanan. Asam cuka

memiliki rumus empiris C2H4O2. Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk

CH3COOH. Asam asetat murni disebut asam asetat glasial adalah cairan

higroskopis tak berwarna, dan memiliki titik beku 16.7°C.

Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat paling sederhana

setelah asam formiat. Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah asam

lemah, artinya hanya terdisosiasi sebagian menjadi ion H+ dan CH3COO-. Asam

asetat merupakan gabungan hybrid dalam bentuk ester dan dianggap terbentuk

dari carbonyl oksigen. Metode esterifikasi, reaksi asam asetat dengan memakai

katalis asam anorganik sangat baik dipakai sebagai katalis pada reaksi esterifikasi.

(Fessenden & Fessenden.1992)

II.2 Proses pembuatan

Macam-macam proses pembuatan asam asetat di industri dapat dilakukan

dengan tiga cara, yaitu :

1. Proses Oksidasi Acetaldehid

2. Proses Karbonilasi Methanol

(15)

II.2.1 Proses Oksidasi Acetaldehid

Asam Asetat dapat diperoleh dengan cara mengoksidasikan acetaldehid

pada fase cair. Acetaldehid dioksidasikan dengan oksigen dari udara dengan

perbandingan 4 mol udara yang masuk untuk setiap 1 mol acetaldehid. Reaksi ini

terjadi dalam reaktor dengan tekanan 10 atm dan suhu 70 - 90C. Dan untuk

mempercepat terjadinya reaksi digunakan katalis Mangan Asetat.

Reaksi yang terjadi dalam reaktor adalah :

CH3CHO + 2 1

O2 CH3COOH

Gas oksigen dan acetaldehid yang tidak ikut bereaksi dimasukkan ke

scrubber dengan bantuan air dari bagian atas scrubber maka terjadi pelepasan

nitrogen ke atmosfer, sedangkan larutan acetaldehid akan keluar pada bagian

bawah scrubber dan menuju kolom untuk direcovery. Asam asetat yang dihasilkan

dari reaktor dimurnikan lebih lanjut dalam kolom distilasi sehingga didapatkan

larutan asan asetat dengan kemurnian 95%. (Ulrich, G.D., 1984)

II.2.2 Proses Karbonilasi Methanol

Asam asetat juga dibuat dengan cara karbonilasi langsung terhadap

methanol dengan reaksi sebagai berikut :

CH3OH + CO CH3COOH

Proses ini terjadi pada reaktor fixed bed multi tube yang beroperasi pada

suhu 250oC dan tekanan 650 atm serta bantuan katalisator Cobalt Iodine. Adapun

(16)

2 CH3OH CH3OCH3 (Acetaldehide)

CH3OH HCOOCH3 ( Metil formiat )

Ada 2 macam proses dalam pembuatan asam asetat dengan cara

Karbonilasi Methanol ini, yaitu Proses BASF dan Proses Monsato :

a. Proses BASF

Suatu campuran gas yang terdiri dari 90-95% karbon monoksida 0-5%

hidrogen, dan 5% methanol dilewatkan dalam reaktor yang berisi katalis Cobalt

Iodine.

b. Proses Monsato

Proses Monsato hampir serupa dengan proses BASF namun dengan

penggunaan katalis yang lain, yaitu Rhodium Iodine, maka suhu dan tekanan

operasi dapat diturunkan menjadi 175 oC dan tekanan 25 atm. Selain itu proses

pemisahan lebih dikembangkan sehingga dapat menghasilkan asam asetat yang

lebih murni.

Tabel 1.4. Perbandingan Proses BASF dan Proses Monsanto

No. Pertimbangan BASF Monsanto

1 Bahan baku Methanol dan CO Metanol dan CO

2 Yield 90 % 90 – 99%

3 Kondisi operasi 500 bar, 455-515 K 30-60 bar, 425-475 K

4 Katalis Co / HI tidak efektif Rh / HI Efektif

5 Alat Pemurnian 3 kolom destilasi 4 kolom destilasi

6 Biaya investasi tinggi Tinggi

(17)

II.2.3 Proses Oksidasi n-Butana

Pembuatan Asam Asetat dengan proses oksidasi n-Butana dilakukan dalam

fase cair dan menggunakan katalis Cobalt untuk mempercepat terjadinya reaksi.

Hidrokarbon yang berupa butana cair akan dioksidasi dengan oksigen dalam

sebuah reaktor dengan tekanan 45 atm dan suhu 170C.

Reaksi yang terjadi di dalam reaktor adalah :

a. 2 1

n-C4H10 +

4 5

O2 CH3COOH +

2 1

H2O ∆H0 = -572.012,8 J

b. C5H12 + 5O2 3HCOOH + CO + CO2 + H2 + H2O ∆H0 = -1.717.873,3 J

Pada proses ini oksigen untuk oksidasi diambil dari udara dengan

perbandingan 5,8 bagian udara yang masuk untuk setiap 1 bagian butana. Asam

asetat yang keluar reaktor didinginkan dalam cooler dan masuk separator untuk

dipisahkan kandungan gasnya dan sisa butana yang tidak ikut bereaksi. Gas akan

dibuang ke atmosfer sedangkan butana direcycle ke reaktor sebagai bahan baku,

selanjutnya dilakukan pemurnian asam asetat dalam kolom distilasi sehingga

didapatkan asam asetat dengan kemurnian 99% dan produk samping berupa

larutan formiat. (Ulrich, G.D., 1984)

Co

(18)

Tabel 1.5 Tabel Perbandingan Beberapa Proses Pembuatan Asam Asetat

Dari keterangan tabel tersebut maka dipilih proses pembuatan Asam

Asetat melalui proses oksidasi n-butana karena mempunyai beberapa keunggulan,

di antaranya :

 Prosesnya tidak terlalu rumit

 Kemurnian produknya relatif tinggi

 Menghasilkan hasil samping yang masih mempunyai nilai ekonomis yang

tinggi

 Meningkatkan nilai ekonomis dari n-butana untuk bahan kimia selain

bahan bakar JENIS PROSES KRITERIA KARBONILASI METANOL OKSIDASI ASETALDEHID OKSIDASI n-BUTANE Yield BahanBaku Suhu Tekanan Limbah Katalis 90 %

Metanol dan CO

250oC

650 atm

Sisa methanol, air.

Cobalt

90-94 %

Asetaldehid

50-80oC

8-10 atm

Sisa asetaldehid,

metil asetat, aseton,

CO2, air.

Mangan Asetat

90 %

n-Butana

160-180oC

45-55 atm

Sisa n-Butana,

air, CO, CO2, H2,

asam formiat.

(19)

II.3 Kegunaan Produk

Produk asam asetat telah banyak digunakan oleh berbagai industri antara

lain :

 Industri PTA merupakan pengkonsumsi asam asetat terbesar yang

digunakan sebagai media pelarut katalis.

 Industri Ethyl Asetat sebagai bahan baku utama, dimana untuk

memproduksi 1 ton ethyl asetat diperlukan 680 kg asam asetat.

 Industri tekstil, terutama industri pencelupan kain dimana asam asetat

berfungsi sebagai pengatur pH.

 Industri asam cuka, asam asetat sebagai bahan baku utama.

 Industri benang karet, sebagai bahan penggumpal (coagulant).

Disamping itu, asam asetat juga digunakan sebagai bahan setengah jadi

untuk membuat bahan-bahan kimia seperti vinyl asetat, selulosa asetat, asam

asetat anhydrid, maupun chloro asetat.

II.4 Spesifikasi bahan baku dan produk

1.4.1 Spesifikasi Bahan baku

1. Butana ( C4H10)

Sifat-sifat Fisik :

− Berat molekul : 58,123 g/gmol

− Specific gravity : 0,6

− Panas Pembakaran pada 250 C : -125.790Jj/mol

− Panas Pembentukan pada 25o C : -16.700 J/mol

(20)

− Densitas

− _{Liquid pada 134,86}0

C : 12,62 kg/m3

− _{Liquid pada 425,12}0

C : 3,927 kg/m3

− Titik kritis

− Tekanan : 3.77 kPa

− Temperatur : 425,12 K

− Gas ini mudah terbakar dan sangat beracun

(Perry 7ed.1984)

Sifat-sifat Kimia :

 Dengan oksigen terjadi reaksi pembakaran

2 C4H10 (g) + 13 O2 (g) ---> 8 CO2 (g) + 10 H2O (g)

 Reaksi Substitusi

C4H10 + Cl2 C4H9Cl + HCl

 Perengkahan atau cracking

- Perengkahan dapat terjadi bila butana dipanaskan pada suhu dan

tekanan tinggi tanpa oksigen.

- Reaksi ini juga dapat dipakai untuk butena dari butana. Selain itu

juga dapat digunakan untuk membuat gas hidrogen dari butana.

1.4.2 Produk

1. Asam Asetat (CH3COOH)

Sifat-sifat Fisik:

(21)

− Boiling point : 118,1 0C

− Berat jenis : 1,0468 g/ml

− Panas pembakaran pada 250 C : - 484.500 J/mol

− Panas pembentukan pada 250 C : - 374.600 J/mol

− Panas penggabungan : 46,68 cal/g

− Titik Kritis :

- Tekanan : 5,74 kPa

- Temperatur : 591,95 K

− Larut dalam air, ethanol,dan eter dalam segala perbandingan dan

merupakan pelarut yang baik untuk senyawa-senyawa organik. (Perry

7ed.1984)

Sifat-sifat Kimia :

− Dengan alkohol terjadi reaksi esterifikasi.

2 CH3OH + CH3COOH CH3COOCH3 + H2O

− Konversi ke ester

CH3COO CH2OH CH3COOH2

Benzil alcohol Benzil asetat

− Konversi ke klorida-klorida asam

3 CH3COOH + PCl3 3 CH3COCl + H3PO3

− Pembentukan garam asetat

Mg (s) + 2 CH3COOH (aq) → (CH3COO)2Mg (aq) + H2 (g)

− Pembentukan ester

(22)

− Substitusi dari alkil

CH3COOH ClCH2OH Cl2CHCOOH CL3CCOOH

Kloroacetic Dicloroacetic Trikloroacetic

(Fessenden & Fessenden.1992)

2. Asam Formiat (HCOOH)

Sifat-sifat Fisik:

− Berat Molekul : 46,03 g/gmol

− Boiling point : 100,8 0C

− Berat jenis : 1,2074 g/ml

− Panas pembakaran pada 250 C : -378.600 J/mol

− Panas pembentukan pada 250 C : -351.000 J/mol

− Panas penggabungan : 58,89 cal/g

− Titik Kritis :

-Tekanan : 5,81 kPa

-Temperatur : 588 K

(Perry 7ed.1984)

Sifat-sifat Kimia :

− Asam Formiat Asam formiat dapat bercampur sempurna dengan air dan

sedikit larut dalam benzene, karbon tetra klorida, toluene dan tidak larut

dalam hidrokarbon alifatik seperti heptana dan oktana

− Bereaksi dengan Asetilen membentuk Vinil formiat

HCOOH + HC = HC HCOOCH = CH2

(23)

− Asam formiat terdekomposisi menjadi karbon monoksida dan air dengan

katalis Alumina.

HCOOH CO + H2

− Bereaksi dengan Olefin (dengan bantuan hidrogen peroksida) membentuk

Glikol formiat.

− Bereaksi dengan Keton dan Amina menjadi Amina primer.

(Fessenden & Fessenden.1992)

II.5 Uraian Proses

Proses pembuatan asam asetat dari n-butana cair melalui proses oksidasi

dapat dilakukan melalui 4 tahapan proses yaitu :

1. Proses persiapan bahan baku

2. Proses reaksi

3. Proses pemisahan dan pemurnian

4. Proses penanganan produk

II.5.1 Proses Persiapan bahan baku

Bahan baku yang digunakan dalam proses pembuatan asam asetat ini

adalah hidrokarbon yang berupa butana cair. Biasanya butana yang dipakai

merupakan komersial butana dengan komposisi sebagai berikut :

a. n-butana (n-C4H10) = 97,5%

b. pentana (C5H10) = 2,5%

Sedangkan kebutuhan oksigen untuk proses oksidasi didapatkan dari udara

dan untuk mempercepat reaksi digunakan cobalt sebagai katalis. T : 200°C

(24)

II.5.2 Proses Reaksi

Di reaktor terjadi reaksi oksidasi antara butana dan oksigen dengan

menggunakan katalis cobalt yang menghasilkan asam asetat dan produk samping

berupa larutan formiat. Kondisi operasi pada reaktor harus tetap stabil yaitu pada

suhu 170C dan tekanan 45 atm.

Reaksi yang terjadi dalam reaktor adalah :

2 1

n-C4H10 +

4 5

O2 CH3COOH +

2 1

H2O

C5H12 + 5 O2 3 HCOOH + CO + CO2 + 2 H2 + H2O

Reaksi tersebut merupakan reaksi endotermis dimana kebutuhan panas di

dalam reaktor diperoleh dari steam . Steam ini juga berfungsi untuk menjaga suhu

di dalam reaktor agar tetap konstan.

II.5.3 Tahap Pemisahan dan Pemurnian

Pada tahap ini hasil dari reaksi dari reaktor akan di destilasi dengan

menggunakan 1 kolom destilasi yang berfungsi untuk memurnikan produk yang di

kehendaki. Di mana ada asam asetat sebagai produk utama akan tetapi ada juga

asam formiat sebagai hasil samping.

II.5.4 Tahap Penanganan Produk

Asam asetat yang dihasilkan ditampung dalam storage produk, karena

sifatnya yang korosif maka untuk pendistribusian ke konsumen digunakan drum

yang terbuat dari aluminium dan stainless steel. Begitu pula untuk hasil samping

seperti larutan formiat yang ditempatkan dalam drum-drum plastik. Co

(25)

Neraca massa

Pra rencana acetic acid III- 1

BAB III NERACA MASSA

Kapasitas produksi = 150.000 ton/tahun Waktu operasi = 330 hari/tahun

1.Reaktor (R-110)

Neraca Massa Reaktor

Masuk Keluar

Komponen kg/jam Komponen kg/jam

a. Dari tangki penyimpanan a. Menuju Flash Drum

n-C4H10 = 7799,2948 n-C4H10 sisa = 409,4118 C5H12 = 199,9819 C5H12 sisa = 10,4977 CH3COOH = 16094,1191

b.Dari Recycle HCOOH = 382,2926

n-C4H10 = 388,9412 H2O = 2463,9821 C5H12 = 9,9729 CO2 = 121,8904 CO = 77,5666

c. Dari udara O2 = 114,5179

O2 = 11287,1684 H2 = 11,0809 N2 = 37153,5961 N2 = 37153,5961

(26)

Neraca massa

2.Kondensor (E-121)

Neraca Massa Kondensor

Masuk Keluar

n-C4H10 sisa = 409,4118 Komponen tak terkondensasi C5H12 sisa = 10,4977 O2 = 114,5179 CH3COOH = 16094,1191 N2 = 37153,5961 HCOOH = 382,2926 CO = 77,5666 H2O = 2463,9821 CO2 = 121,8904 CO2 = 121,8904 H2 = 11,0809 CO = 77,5666 n-C4H10 5% = 20,4706 O2 = 114,5179 C5H12 5% = 0,5249 H2 = 11,0809 N2 = 37153,5961 Kondensat n-C4H10 95% = 388,9412 C5H12 95% = 9,9729 CH3COOH = 16094,1191 HCOOH = 382,2926

H2

(27)

Neraca massa

3.Flash Drum ( D-120 )

Neraca Massa Flash Drum

Masuk Keluar

CH3COOH = 16094,1191 a. Gas HCOOH = 382,2926 CH3COOH = 0,7457 n-C4H10 = 388,9412 HCOOH = 0,1507 C5H12 = 9,9729 n-C4H10 = 388,9412 H2O = 2463,9821 C5H12 = 9,9729 H2O = 0,1036 b. Liquid

CH3COOH = 16093,3734 HCOOH = 382,1419 H2O = 2463,8785

(28)

Neraca massa

4.Destilasi ( D-130 )

Neraca Massa Destilasi

Masuk Keluar

Komponen kg/jam Komponen kg/jam

CH3COOH = 16093,3734 a. Produk atas

HCOOH = 382,1419 CH3COOH = 160,9337 H2O = 2463,8785 HCOOH = 301,6751 H2O = 2383,4117 b. Produk bawah

(29)

Neraca panas

Pra rencana acetic acid IV- 1

BAB IV

NERACA PANAS

Kapasitas produksi = 150.000 ton / tahun

Waktu operasi = 330 hari / tahun

Satuan = kkal / jam

Suhu referensi = 25oC

1. Heater butana ( E-112 )

Neraca panas heater butana

Masuk Keluar

Komponen kkal/jam Komponen kkal/jam

H1 ∆H2

∆H n-C4H10 = 9429,0268 ∆H n-C4H10 = 321240,6973

∆H C5H12 = 216,6797 ∆H C5H12 = 7617,3985

Q steam = 336013,0413 Q loss = 16800,6521

(30)

Neraca panas

2. Heater udara ( E-116 )

Neraca panas heater udara

Masuk Keluar

Komponen kkal/jam Komponen kkal/jam

H1 ∆H2

H O2 = 7721,4668 ∆H O2 = 199510,7871

H N2 = 46686,3029 ∆H N2 = 1368905,3027

Q steam = 1593692,9685 Q loss = 79684,6484

Jumlah = 1648100,7382 Jumlah = 1648100,7382

(31)

Neraca panas

Neraca panas reaktor

Masuk Keluar

Komponen kkal/jam Komponen kkal/jam

Dari tagki butana ∆H keluar

∆H1 = 328858,0958 ∆H n-C4H10 = 16062,0349

Dari udara ∆H C5H12 = 380,8699

∆H2 = 1568416,0898 ∆HCH3COOH = 401601,004

Q steam = 113718,5628 ∆H HCOOH = 9690,9157

∆H CO = 2812,3725

∆H CO2 = 3820,0448

∆H H2 = 5506,7095

∆H H2O = 162296,3404

∆H O2 = 2024,2055

∆H N2 = 1368905,3027

∆Hreaksi = 32207,0204

Q loss = 5685,9281

(32)

Neraca panas

4. Kondensor ( E-121 )

Neraca panas kondensor

Masuk Keluar

Komponen

kkal/jam Komponen kkal/jam

Panas masuk dari reaktor ∆H1 Kondensat :

∆H n-C4H10 = 16062,0349 ∆H n-C4H10 = 1883,8637

∆H C5H12 = 380,8699 ∆H C5H12 = 40,5300

∆HCH3COOH = 401601,0040 ∆HCH3COOH = 57639,9153

∆H HCOOH = 9690,9157 ∆H HCOOH = 1895,6363

∆H CO = 2812,3725 ∆H H2O = 68551,6795

∆H CO2 = 3820,0448 Fase gas :

∆H H2 = 5506,7095 ∆H O2 = 233,1554

∆H H2O = 162296,3404 ∆H N2 = 140117,0152

∆H O2 = 2024,2055 ∆H CO = 289,6442

∆H N2 = 1368905,3027 ∆H CO2 = 369,6102

∆H H2 = 569,8561

∆H n-C4H10 = 71,6213

∆H C5H12 = 1,6506

Q terserap = 1701435,6220

(33)

Neraca panas

5. Heater Flash Drum ( E-123 )

Neraca panas heater flash drum

Masuk Keluar

Komponen kkal/jam Komponen kkal/jam

∆H1 ∆H2

∆H n-C4H10 = 1883,8637 ∆H n-C4H10 = 6530,7546

∆H C5H12 = 40,5300 ∆H C5H12 = 152,5123

∆HCH3COOH = 57639,9153 ∆HCH3COOH = 173859,9256

∆H HCOOH = 1895,6363 ∆H HCOOH = 4255,6212

∆H H2O = 68551,6795 ∆H H2O = 74911,5747

Q steam = 136525,0144 Q loss = 6826,2507

(34)

Neraca panas

6. Flash Drum ( D-120 )

Neraca panas flash drum

Masuk Keluar

∆H1 ∆H2

∆H n-C4H10 = 6530,7546 Gas

∆H C5H12 = 152,5123 ∆HCH3COOH = 9,0374

∆HCH3COOH = 173859,9256 ∆H HCOOH = 2,0684

∆H HCOOH = 4255,6212 ∆H n-C4H10 = 6530,7546

∆H H2O = 74911,5747 ∆H C5H12 = 152,5123

∆H H2O = 5,3368

Liquid

∆HCH3COOH = 173850,6834

∆H HCOOH = 4252,7570

∆H H2O = 74907,2384

(35)

Neraca panas

7. Heater Destilasi ( E-125)

Neraca panas heater distilasi

Masuk Keluar

Komponen kkal/jam Komponen kkal/jam

∆H1 ∆H2

∆HCH3COOH = 173850,6834 ∆HCH3COOH = 198588,7203

∆H HCOOH =

4252,757024 ∆H HCOOH = 4849,747806

∆H H2O =

74907,2384 ∆H H2O = 84880,47254

Q steam = 37166,5913 Q loss = 1858,3296

Jumlah = 290177,2702 Jumlah = 290177,2702

(36)

Neraca panas

Neraca panas destilasi

Masuk Keluar

Komponen kkal/jam Komponen kkal/jam ∆H1 ∆H3

∆HCH3COOH = 198588,7203 ∆HCH3COOH = 1946,1278

∆H HCOOH = 4849,7478 ∆H HCOOH = 3753,0428

∆H H2O = 84880,4725 ∆H H2O = 80567,0337

QR = 12656,4262 ∆H5

∆HCH3COOH = 196583,4457

∆H HCOOH = 1021,1026

∆H H2O = 2771,8229

Qk = 0,6311

Qloss = 14332,1603

Jumlah = 300975,3668 Jumlah = 300975,3668

(37)

Neraca panas

Neraca panas kondensor distilasi

Masuk Keluar

Komponen kkal/jam Komponen kkal/jam

∆H2 = 88716,4218 ∆H3 = 86266,2043

∆H4 = 2450,2175 Q terserap = 4900,4351

Jumlah = 91166,6393 Jumlah = 91166,6393

10. Reboiler ( E-136 )

Neraca panas reboiler distilasi

Masuk Keluar

Komponen

kkal/jam Komponen kkal/jam

Qsteam = 13322,5539 QR = 12656,4262

Qloss = 666,1277

(38)

Neraca panas

11. Cooler formiat ( E-132 )

Neraca panas cooler asam formiat

Masuk Keluar

Komponen kkal/jam Komponen kkal/jam

∆H1 =

86266,2043 ∆H2 = 5681,2249

Qterserap = 80584,9794

Jumlah = 86266,2043 Jumlah = 86266,2043

12. Cooler asam asetat ( E-138 )

Neraca panas cooler asam asetat

Masuk Keluar

(39)

Neraca panas

Qterserap = 185653,7992

(40)

Spesifikasi peralatan

Pra rencana acetic acid V- 1

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN

1. Storage Bahan Baku Butana (F-111)

Fungsi : Menyimpan bahan baku butana selama 5 hari Tipe : Spherical Tank (bola)

Bahan konstruksi : Carbon stell, SA-167 Grade 3 type 304 Volume tangki : 7888,1954 ft3

Diameter tangki : 36,7054 ft Tebal tangki : 0,4356 in Jumlah : 3 buah

2. Heater Butana (E – 112)

Fungsi : Memanaskan butana cair dari recycle dan storage tank

(41)

Diameter dalam annulus (de’) : 0,033 ft Diameter luar annulus (de) : 0,0763 ft

3. Kompresor (G – 113)

Fungsi: : Mengalirkan butana dari storage menuju reaktor Menaikkan tekanan butana dari 1 atm menjadi 45 atm Type : Multistage Recyprocating Compressor

Bahan konstruksi : Carbon stell Daya : 0,3094 Hp Jumlah : 2 buah

4. Filter Udara (H – 114)

Fungsi : Menyaring debu dan kotoran yang masuk bersama udara yang akan digunakan untuk proses oksidasi. Type : Dry Filter

Bahan konstruksi : Cast iron Ukuran dry filter : 24 in x 24 in Kapasitas : 1000 cuft/menit Jumlah : 25 buah

5. Kompresor (G – 115)

Fungsi : Mengalirkan udara menuju reaktor

Menaikkan tekanan udara dari 1 atm menjadi 45 atm Type : Multistage Recyprocating Compressor

(42)

Daya : 17,624 Hp Jumlah : 2 buah

6. Heater Udara (E – 116)

Fungsi : Memanaskan udara sebelum masuk reaktor Tipe : Double Pipe Heat Exchanger

Jumlah : 1 buah Bahan konstruksi : Carbon Stell Diameter luar pipa (do) : 0,24 ft Diameter dalam pipa (di) : 0,2058 Panjang pipa (L) : 20 ft Jumlah hair pain (N) : 23 buah Luas permukaan pipa (Ap) : 0,0071 ft2 Luas permukaan annulus (An) : 0,0120 ft2 Diameter dalam annulus (de’) : 0,0442 ft Diameter luar annulus (de) : 0,095 ft

7. Reaktor (R – 110)

Fungsi : Mereaksikan butana cair dan oksigen dengan bantuan katalis Cobalt Type : Fixed bed multitube

(43)

Diameter luar (OD) : 10,564 in Diameter dalam (DI) : 95,7899 in

8. Kondensor (E – 121)

Fungsi : Mengembunkan dan mendinginkan produk yang keluar dari reaktor Type : Double Pipe Heat Exchager

Jumlah : 1 buah Bahan Konstruksi : Carbon Stell Diameter luar pipa (do) : 0,06 ft Diameter dalam pipa (di) : 0,0517 ft Panjang pipa (L) : 22 ft Jumlah hair pin (N) :152 buah Luas permukaan pipa (Ap) : 0,0049 ft2 Luas permukaan annulus (An) : 0,0010 ft2 Diameter dalam annulus (de’) : 0,0792 ft Diameter luar annulus (de) : 0,0208 ft

9. Pompa (L – 122)

Fungsi : Mengalirkan liquida dari kondensor ke Flash drum

Tipe : Centrifugal pump

Bahan konstruksi : Commercial Stell

Kapasitas Pompa : 541,404 gal/menit Daya : 3,4 Hp

(44)

10.Heater Flash Drum (E – 123)

Fungsi : Memanaskan liquida sebelum masuk Flash drum Tipe : Double Pipe Heat Exchanger

Jumlah : 1 buah Bahan Konstruksi : Carbon Stell Diameter luar pipa (do) : 0,1208 ft Diameter dalam pipa (di) : 0,1025 ft Panjang pipa (L) : 20 ft Jumlah hair pin (N) : 4 buah Luas permukaan pipa (Ap) : 0,00087 ft2 Luas permukaan annulus (An) : 0,0032 ft2 Diameter dalam annulus (de’) : 0,0333 ft Diameter luar annulus (de) : 0,0763 ft

11. Flash Drum (D – 120)

Fungsi : Memisahkan liquida dan gas keluar dari Heater

Type : Silinder tegak dengan tutup atas dished heads

Kapasitas : 1500,4627 ft3

Diameter : 10,6081 ft

Tebal shell : 0,0674 in

Tebal tutup : 0,1346 in

(45)

Bahan : Carbon stell SA – 285 grade B

Jumlah tangki : 1 buah

Volume tiap tangki : 1875,5783 ft3

12. Pompa (L – 124)

Fungsi : Mengalirkan liquida dari Flash Drum ke Kolom Distilasi

Tipe : Centrifugal pump

Bahan konstruksi : Commercial Stell

Kapasitas Pompa : 180,042 gal/menit Daya : 1,2 Hp

Jumlah : 1 buah

13. Heater Distilasi (E – 125)

Fungsi : Memanaskan liquida dari Flash Drum menuju Distilasi Type : Double Pipe Heat Exchanger

(46)

Diameter dalam annulus (de’) : 0,0178 ft Diameter luar annulus (de) : 0,0725 ft

14.Kondensor (E – 131)

Fungsi : Mendinginkan dan mengembunkan distilat yang keluar dari distilasi

Tipe : Double Pipe Heat Exchanger

Bahan Konstruksi : Carbon Stell

Diameter luar pipa (do) : 0,06 ft

Diameter dalam pipa (di) : 0,0467 ft

Panjang pipa (L) : 20 ft

Jumlah hair pin (N) : 3 buah

Luas permukaan pipa (Ap) : 0,0024 ft2

Luas permukaan annulus (An) : 0,0014 ft2

Diameter dalam annulus (de’) : 0,0208 ft

Diameter luar annulus (de) : 0,0558 ft

15. Akumulator (F – 132)

Fungsi : Menampung distilat yang keluar dari kondensor

Tipe : Silinder horizontal dengan tutup atas standart dished head.

Bahan konstruksi : Carbon stell SA-167 grade 3 tipe 304

(47)

Diameter : 2,5125 ft

Tebal shell : 0,1276 ft

Tebal tutup : 0,1295

Tinggi tangki : 5,025 ft

Jumlah : 1 buah

16.Pompa (L – 133)

Fungsi : Mengalirkan distilat dari Akumulator menuju Distilasi

Tipe : Centrifugal Pump

Bahan Konstruksi : Commercial stell

Kapasitas pompa : 15,837 gal/menit

Daya : 0,3 Hp

Jumlah : 1 buah

17.Cooler Larutan Formiat (E – 134)

Fungsi : Mendinginkan larutan formiat yang keluar dari akumulator

Tip : Double Pipe Heat Exchanger

Bahan Konstruksi : Carbon Stell

Diameter luar pipa (do) : 0,06 ft

Diameter dalam pipa (di) : 0,038 ft

(48)

Jumlah hair pin (N) : 3 buah

Luas permukaan pipa (Ap) : 0,0018 ft2

Luas permukaan annulus (An) : 0,0017 ft2

Diameter dalam annulus (de’) : 0,0179 ft

Diameter luar annulus (de) : 0,0475 ft

18.Reboiler (E – 136)

Fungsi : Menguapkan sebagian liquida yang keluar dari bottom distilasi

Tipe : Double Pipe Heat Exchanger Jumlah : 1 buah Bahan konstruksi : Carbon Stell Panjang pipa (L) : 20 ft

Jumlah hair pin (N) : 3 buah Luas permukaan pipa (Ap) : 0,0024 ft2 Luas permukaan annulus (An) : 0,0267 ft2 Diameter dalam annulus (de’) : 0,0267 ft Diameter luar annulus (de) : 0,0558 ft Diameter luar pipa (do) : 0,07 ft Diameter dalam pipa (di) : 0,0483 ft

19. Pompa (L – 137)

Fungsi : Mengalirkan Produk bawah dari Distilasi menuju storage asam tank

(49)

Bahan Konstruksi : Commercial stell

Kapasitas pompa : 67,878 gal/menit

Daya : 1,5 Hp

Jumlah : 1 buah

20. Cooler Acetic Acid (E - 138)

Fungsi : Mendinginkan produk acetic acid sebelum ke storage tank Tipe : Double Pipe Heat Exchanger

Diameter luar pipa (do) : 0,069 ft Diameter dalam pipa (di) : 0,040 ft Panjang pipa (L) : 20 ft Jumlah hair pin (N) : 3 buah Luas permukaan pipa (Ap) : 0,0032 ft2 Luas permukaan annulus (An) : 0,0025 ft2 Diameter dalam annulus (de’) : 0,0342 ft Diameter luar annulus (de) : 0,0342 ft Bahan konstruksi : Carbon Stell

21. Storage Acetic Acid (F - 139)

Fungsi : Menampung produk acetic acid

Jenis : Silinder horizontal dengan tutup atas dished heads Kapasitas : 67589,1599 ft3

(50)

Tebal shell : 0,4399 in Tebal tutup : 0,6823 in Tinggi tangki : 27,8162 ft Jumlah tangki : 3 buah Diameter : 55,6324 ft

22. Storage Larutan Formiat (F - 135)

Fungsi : Menampung produk larutan formiat

Jenis : Silinder horizontal dengan tutup atas dished heads Kapasitas : 17929,1309 ft3

Bahan konstruksi : Alloy stell SA-204 grade C Tebal shell : 0,2550 in

(51)

Perancangan alat utama

Pra rencana acetic acid VI- 1

BAB VI

PERANCANGAN ALAT UTAMA

Nama alat : Distilasi Pemisahan asam asetat dari campuran liquida masuk

dengan berdasarkan perbedaan titik didih

Fungsi : Memisahkan asam asetat dari fraksi-fraksi yang lain

Jenis : Kolom distilasi sieve tray dilengkapi dengan kondensor dan reboiler

Kondisi operasi :

Tekanan operasi = 1 atm

Umpan dan daur ulang pada keadaan liquid jenuh ( q = 1 )

A. Neraca Massa

Dari hasil perhitungan neraca massa (Appendiks A) diperoleh aliran massa

(52)

Aliran Umpan (F)

Komponen Massa (Kg) Mol (kgmol) Fraksi mole (Xi)

CH3COOH 16093,3734 268.2229 0,6488

HCOOH 382,1419 8,3074 0,0201

H2O 2463,8785 136,8821 0,3311

Total 18939,3939 413,4125 1,0000

Aliran Distilat (D) :

Komponen Massa (Kg) Mol (kgmol) Fraksi mol (Xi)

CH3COOH 160,9337 2,6822 0,0189

HCOOH 301,6751 6,5582 0,0463

H2O 2383,4117 132,4118 0,9348

Total 2846,0205 141,6521 1,0000

Aliran Bagian Bawah (B) :

Komponen Massa (Kg) Mol (kgmol) Fraksi mol (Xi)

CH3COOH 15932,4397 256,5407 0,9771

HCOOH 80,4669 1,7493 0,0064

H2O 80,4669 4,4704 0,0164

(53)

A.1. Menghitung BM Rata-rata

a) Bagian Enriching

Tabel VI.2.1. Perhitungan BM campuran zat cair

Komponen Xi BM Xi . BM

CH3COOH 0,0189 60 1,1361

HCOOH 0,0463 46 2,1297

H2O 0,9348 18 16,8258

Total 1,0000 20,0916

BM campuran zat cair = 20,0916 lb/lbmol

Tabel VI.2.2. Perhitungan BM campuran uap

Komponen Yi BM Yi . BM

CH3COOH 0,0181 60 1,0868

HCOOH 0,0456 46 2,0973

H2O 0,9363 18 16,8534

Total 1,0000 20,0375

BM campuran uap = 20,0375 lb/lbmol

b) Bagian tray umpan

Table VI.2.3. Perhitungan BM campuran zat cair

CH3COOH 0,6488 60 38,9281

HCOOH 0,0201 46 0,9244

H2O 0,3311 18 5,9599

Total 1,0000 45,8123

(54)

CH3COOH 0,6375 60 38,2510

HCOOH 0,0203 46 0,9344

H2O 0,3421 18 6,1586

Total 1,0000 45,3440

BM campuran uap = 45,3440 lb/lbmol

c) Bagian Exhausting

Table VI.2.5. Perhitungan BM campuran zat cair

CH3COOH 0,9771 60 58,6288

HCOOH 0,0064 46 0,2961

H2O 0,0164 18 0,2961

Total 1,0000 59,2190

BM campuran zat cair = 59,2190 lb/lbmol

CH3COOH 0,9760 60 58,5623

HCOOH 0,0066 46 0,3041

H2O 0,0173 18 0,3119

Total 1,0000 59,1783

(55)

Table VI.2.7. Ringkasan perhitungan BM campuran

Enriching Tray umpan Exhausting

BM zat cair

BM uap

20,0916

20,0375

45,8123

45,3440

59,2190

59,1783

B. Penentuan Spesifikasi Kolom

Asumsi : Equimolar overflow

Dari neraca massa diperoleh data : Rop = 0,0284

L = Lo = Rop x D

= 0,0284 x 141,6521 = 4,0233 kgmol/jam

= 8,8699 lbmol/jam

V = (Rop + 1) x D

= (0,0284 + 1) x 141,6521 = 145,6755 kgmol/jam

= 321,1562 lbmol/jam

Umpan masuk dalam keadaan liquid jenuh, sehingga q = 1

L’ = (q x F) + L

= (1 x 413,4125) + 4,0233

= 417,4358 kgmol/jam

= 920,2790 lbmol/jam

V’ = (q – 1) x F + V

= (1 – 1) x 413,4125 + 145,6755

= 145,6755 kgmol/jam

(56)

Laju Alir Gas Laju Alir Zat Cair

kgmol/jam kg/jam kgmol/jam kg/jam

Enriching Atas Bawah Exhausting Atas Bawah 145,6755 145,6755 145,6755 145,6755 2918,9789 6605,5138 6605,5138 8620,8260 4,0233 4,0233 417,4358 417,4358 977,26077 184,3188 19123,7126 2470,1293

Karena beban terbesar terdapat pada Exhausting bawah, maka perancangan

didasarkan pada kolom bagian Exhausting bawah.

L = 2470,1293 kg/jam

= 54497,9971 lb/jam

V = 8620,8260 kg/jam

= 19005,4729 lb/jam

BMcair = 59,2190 lb/lbmol

BMuap = 59,1783 lb/lbmol

Densitas uap :

BM To P1

ρuap = x x

Vo T1 Po

59,1783 x 273,15 x 1

ρuap =

359 x 374,614 x 1

(57)

Table VI.3.1. Perhitungan densitas zat cair

 =

) ) 3 1 ( 1

( 4

2 1

C C

T

C C



 kmol/m

3

(Perry ed.7 hal 2-98)

T = 390,4565 K

Komponen Xi C1 C2 C3 C4  Xi . 

CH3COOH 09771 1,4486 0,25892 591,9500 0,25290 15,9705 15,6050

HCOOH 0,0064 1,9380 0,24225 588,0000 0,24435 24,1856 0,1557

H2O 0,0164 5,4590 0,30540 647,1300 0,08100 54,0161 0,8886

Total 1,0000 16,6492

cair = 16,6492 kmol/m3 = 61,5508 lb/ft3

= 0,0166 mol/cm3

Surface Tension (Tegangan Permukaan)

Harga-harga tegangan permukaan diprediksi dengan menggunakan persamaan (3–

152) Perry, Chemical Engineers’ Handbook, Edisi 6.

mix1/4 = ∑[Pi] (ρL mix . Xi – ρG mix . Yi)

Dari table 3 – 343 Perry ed.6 hal 3-288, diperoleh harga-harga sebagai berikut :

a) Asam asetat (CH3–COOH)

[P] = 55,5 + 73,8

= 129,3

b) Formiat (H-COOH)

[P] = 15,5 + 73,8

(58)

c) Air (H2O)

[P] = 15,5 + 29,8

= 45,3

Komponen Pi L mix Xi G mix Yi [Pi] (L mix

.Xi-G mix.Yi)

CH3COOH 129,3 0,0166 0,9771 0,0000325 0,9760 2,0994

HCOOH 89,3 0,0166 0,0064 0,0000325 0,0066 0,0096

H2O 45,3 0,0166 0,0164 0,0000325 0,0173 0,0124

Jumlah 1,0000 2,1213

mix1/4 = ∑[Pi] (ρL mix . Xi – ρG mix . Yi)

mix1/4 = 2,1213

mix = (2,1213)4 = 20,2494 dyne/cm

B.1. Diameter Kolom

Dengan mengambil jarak antar tray = 18 dan tegangan permukaan sebesar

20,2494 dyne/cm maka dari figure 8.50 Ludwig volume II hal 67 didapatkan :

Cfaktor = 550

W = C x [ρuap (ρcairan – ρuap)]1/2

= 500 x [0,1201947 (61,5508 – 0,1201947)]1/2 = 1494,5063 lb/jam ft2

Vm

D = 1,13 x { }1/2 W

8620,8260 = 1,13 x { }1/2 1494,5063 = 2,7140 ft

(59)

B.2. Spesifikasi Kolom

V Vm =

3600 x ρuap

8620,8260 Vm =

3600 x 0,1201947

= 19,9233 ft3/detik

L x 7,48

Qm =

60 x ρcairan

24720,1293 x 7,48 Qm =

60 x 61,5508

= 50,0688 gpm

a) Beban maksimum

Vmaks = 1,3 x Vm

= 1,3 x 19,9233

= 25,9003 ft3/detik Qmaks = 1,3 x Qm

= 1,3 x 50,0688

= 65,0894 gpm

b) Beban minimum

Vmin = 0,7 x Vm

= 0,7 x 19,9233

(60)

Qmin = 0,7 x Qm

= 0,7 x 50,0688

= 35,0482 gpm

Jenis tray : Cross flow(dari table 8.3 Ludwig volume II hal 69)

c) Menentukan panjang weir dan tinggi zat cair diatas weir.

Panjang weir antara 55% sampai 85% diameter

Q

how = { }2/3

2,98 x Lw

Lw/D

Lw

how maks

how min

0,55 19,800 1,0676 0,7066 0,60 21,600 1,0075 0,6668 0,65 23,400 0,9551 0,6322 0,70 25,200 0,9091 0,6017 0,75 27,000 0,8682 0,5746 0,80 28,800 0,8316 0,5504 0,85 30,600 0,7987 0,5286

Dengan ketentuan 4 ≥ hw + how≥ 2 , dan hw = 1,5 – 2 inci

Pada table diatas diambil harga berubah setiap 0,5 inci.

d) Tinggi zat cair diatas plate (hl)

hl = hw + how + Δ ; Δ diabaikan

how = how maks ; diambil hw = 2 inci

Lw/D

how maks

hl 0,55 1,0676 3,0676 0,60 1,0075 3,0075 0,65 0,9551 2,9551 0,70 0,9091 2,9091 0,75 0,8682 2,8682 0,80 0,8316 2,8316 0,85 0,7987 2,7987

e) Downcomer Clearance (hc)

Dengan ketentuan hw – hc = ¼ - ½ inci

(61)

f) Kehilangan zat cair head dalam downcomer (hd)

Q

hd = 0,03 { }2

100 x Ap

Q = 65,0894 gpm (Qmaks)

Ap diambil dari harga yang terkecil antara harga Adc dan Ad.

Ad/At diambil dari Matthew van Winkle, “Distillation”, table 14.10 hal 589

π

At = x D2

4

= (3,14 / 4) x 32 = 7,0650 ft2 hc = hw – 0,250

= 2 – 0,250

= 1,750 inci

hc x Lw

Adc = ft2

144

Lw/D

Ad/At

Ad Adc Ap hd 0,55 0,0392 0,2769 0,2406 0,2406 0,2195 ok 0,60 0,0520 0,3674 0,2625 0,2625 0,1845 ok 0,65 0,0680 0,4804 0,2844 0,2844 0,1572 ok 0,70 0,0878 0,6203 0,3063 0,3063 0,1355 ok 0,75 0,1122 0,7927 0,3281 0,3281 0,1180 ok 0,80 0,1424 1,0061 0,3500 0,3500 0,1038 ok 0,85 0,1808 1,2774 0,3719 0,3719 0,0919 ok

(62)

g) Luas untuk aliran uap dalam kolom

Ac = At - Ad

Dimana : Ac = luas untuk aliran uap dalam kolom

Lw/D

Ad Ac 0,55 0,2769 6,7881 0,60 0,3674 6,6976 0,65 0,4804 6,5846 0,70 0,6203 6,4447 0,75 0,7927 6,2723 0,80 1,0061 6,0589 0,85 1,2774 5,7876

h) Luas untuk lubang (Aa)

Untuk jenis : cross flow

Aa = 2 [x (r2 – x2)1/2 + r2 sin-1(x / r)]

D Wd + Ws

x = –

2 12

D Wl

r = – 2 12

Karena diameter kolom < 5 ft, maka digunakan :

Ws = 3 inci

Wl = 2 inci

Wd = (H/D) x D

Ws = lebar daerah penenang, inci

Wl = clearance terhadap dinding, inci

(63)

Lw/D

(H / D)

Wd

x (ft)

r (ft)

Aa (ft2)

Ad (ft2)

0,55 0,0825 2,9700 1,0025 1,3333 4,4010 ok 0,2769 not ok 0,60 0,1000 3,6000 0,9500 1,3333 4,3070 ok 0,3674 Ok 0,65 0,1200 4,3200 0,8900 1,3333 4,1670 not ok 0,4804 ok 0,70 0,1430 5,1480 0,8210 1,3333 3,9680 not ok 0,6203 ok 0,75 0,1695 6,1020 0,7415 1,3333 3,6960 not ok 0,7927 ok 0,80 0,2000 7,2000 0,6500 1,3333 3,3380 not ok 1,0061 ok 0,85 0,2365 8,5140 0,5405 1,3333 2,8560 not ok 1,2774 not ok

Syarat hd≤ 1 inci

Aa : sekitar 60 – 75 % dari luas total

Ad : sekitar 5 – 15 % dari luas total

Untuk Lw = 60 – 70 % diameter, syarat-syarat diatas sudah terpenuhi

i) Diameter lubang dan tebal tray

Diameter lubang pada umumnya adalah : 3/32 , 1/8 , dan 3/16 inci

Digunakan diameter lubang (do) = 1/8 inci

Dipilih tebal tray = 5/16 inci

j) Total luas lubang (Ao)

Untuk perhitungan total luas lubang, dipilih pitch bentuk segitiga

π

Ao (luas lubang) = ½ x x do2

4

Aa (luas lubang aktif) = 0,5 (n . do) . (n . do . sn 60)

(64)

Menurut Hunt harga n umumnya berkisar antara 2,5 – 4.

n Ao 2,5 0,6250 3,0 0,4340 3,5 0,3190 4,0 0,2440

k) Pressure drop untuk uap

Pressure drop untuk plate kering

hp = 12 (ρuap – ρliq) 1,14 Uo2 / (2 gc) (0,4(1,25 – Ao/Ac)+(1 – Ao/Ac)2

Uo = Vmaks / Ao ; Vmaks = 25,9003 ft3/detik

ρuap/ρliq = 0,1202 / 61,5508 = 0,0020

n

2,5 3,0 3,5 4,0

Ao / Ac

Uo maks

hp (inci)

0,0921 41,4405 0,9179 0,0648 59,6781 1,9941 0,0484 81,1921 3,7933 0,0379 106,1487 6,5982

l) Residual pressure drop (hr)

hr = 31,2 / ρliq

= 31,2 / 61,5508

= 0,5069 inci

m) Total pressure drop (ht)

ht = hp + hr + hl maks

n

ht (inci)

(65)

n) Tinggi zat cair dalam downcomer (hb)

hb = hl + ht + hd

n

hb (inci)

2,5

7,7796

3,0

8,7003

3,5

10,3676

4,0

13,0588

o) Jarak antar tray

Syarat : T ≥ 2 hb - hw

n

2 hb – 1,5”

2 hb – 2”

2,5

14,0591

13,5591

3,0

15,9007

15,4007

3,5

19,2352

18,7352

4,0

24,6175

24,1175

Dari table diatas dapat diketahui bahwa jarak antar tray, T = 18 inci

memenuhi syarat untuk hw = 1,5 – 2 inci

n = 2,5 dan 3,0 inci

p) Stabilitas

Syarat operasi stabil : hpm ≥ hpw

hpw = 0,2 + 0,05 x hl

hw = 2 inci

hpm = 12 (ρuap / ρliq) 1,14 Uo2 / (2 gc) (0,4(1,25 – Ao/Ac)+(1 – Ao/Ac)2)

Uo = Vmin / Ao

(66)

n

Ao / Ac

Uo hpw hpm 2,5 0,0921 22,3141 0,3534 0,9179 3,0 0,0648 32,1344 0,3504 1,9941

Dari table diatas, hpm≥ hpw memenuhi syarat untuk :

Lw = 60 %

n = 3 inci

q) Entrainment :

e = 0,22 x (73 / ) x (Uc / T1) x 3,2

Tl = T – 2,5 x hl

Uc = Vmaks / Ac ; Vmaks = 25,9003 ft3/detik

 = 20,2494 dyne/cm

eo = 0,02

Syarat : eo / e ≥ 1

n 3,0 Uc 3,8671 Tl 10,4814 eo 0,02

eo / e 1,143 ok

Dari table diatas, syarat terpenuhi untuk :

Lw = 60 %

n = 3 inci

r) Pelepasan uap dalam downcomer

W = 0,8 x (how x (T + hw – hb))1/2

(67)

Syarat = W1 / Wd≤ 0,6

n

3,0

hb

8,7003

Wl

2,6992

Wd

3,6000

Wl / Wd

0,7498

ok

Dari table diatas, memenuhi syarat untuk :

Lw = 60 %

n = 3 inci

s) Fleksibilitas

Syarat :

hb / (T + hw) ≤ 0,5

hpm / hpw ≥ 1

n

3

hb / (T + hw)

0,6529

hpm / hpw

5,6913

ok

Dari table diatas, syarat terpenuhi untuk :

Lw = 60 %

n = 3 inci

Untuk selanjutnya dipilih Lw / D = 60 %

n = 3

(68)

C. Penentuan Tinggi Kolom Total

C.1. Tinggi Total Tray Yang Dibutuhkan

a) Menentukan jumlah plate minimum (metode Fenske)

Nm =

avg B LK HK D HK LK X X X X  log log                    

(Geankoplis pers. 11.7-12 hal

683)

Avg = LD.LB  1,0294. 1,0283 (Geankoplis pers. 11.7-13 hal 683)

= 1,0289

Nm =

0289 , 1 log 0013 , 0 955 , 0 02 , 0 036 , 0 log _                  B D

= 207,8507

b) Menentukan jumlah stage teorotis (Metode Gilliland)

Dari perhitungan neraca massa (Appendiks A) :

Diperoleh Rm + 1 = 1,0189

Rm = 1,0189 – 1 = 0,0189

Ditetapkan : R = 1,5 x Rm (Geankoplis hal 668)

R = 1,5 x 0,0189

R = 0,0284

Jumlah Stage Teoritis – Metode Gilliland

009206 , 0 1 0284 , 0 0189 , 0 0284 , 0

1  

    R R R _m

Nmin = 6 s/d 8 (Van Winkle,fig 5.17)

(69)

Dari fig.19.5 Mc.Cabe, fifth edition hal 609 diperoleh :

1

 

N N

N m

= 0,7

1 7

 

N N

= 0,7

N = 25,6667

T bubble feed = 100,924C

Komponen Xi  Xi . 

CH3COOH 0,6488 0,43 0,3568

HCOOH 0,0201 0,48 0,0096

H2O 0,3311 0,24 0,0795

Total 1,0000 0,4460

Data dari Mc.Cabe 5ed,app.9 hal 1094,1993

 camp = 0,4460 cP

Avg x  camp = 0,4588

dari figure 8.18 Ludwig volume II, diperoleh :

Effisiensi tray = 55 %

N sesungguhnya = 25,6667 / 0,55

= 46,6667 = 47 plate

Tray spacing = 18 in

Tinggi total tray = T x N sesungguhnya

= 18 x 46,6667

= 840 in

(70)

c) Menentukan plate umpan :

Log (Ne/Ns) = 0,260 x log ((Xhf / Xlf) (B/D) (Xlb / Xhd)2) (Geankoplis hal 687)

Dimana :

Ne = Jumlah plate teoritis di atas umpan

Ns = Jumlah plate teoritis di bawah umpan

Log (Ne/Ns) = 0,26 x log ((0,0201 / 0,6488) x (16093,3734/ 2846,0205) x

(0,9771 / 0,0463)2) log (Ne/Ns) = 0,4920

(Ne/Ns) = 3,1043

Ne = 3,1043 Ns

N = Ne + Ns

47 = 3,1043 Ns + Ns

Ns = 11

Ne = 47 – 11

= 36

C.2. Tinggi Ruang Kosong Diatas Tray

Ditetapkan tinggi ruang kosong diatas tray = 3 ft

(masing-masing 2 ft diatas dan 1 ft dibawah lubang pemasukan daur ulang)

C.3. Tinggi Hold Up Zat Cair (Bagian Bawah Kolom)

Ditetapkan hold up time zat cair = 10 menit

L = 54497,9971 lb/jam

(71)

ρzat cair = 61,5508 lb/ft3

A = ¼ x π x D2

= ¼ x π x 42 = 7,065 ft2 Tinggi menara bagian penampung zat cair :

= L x (hold up time / 60) x (1 / ρzat cair) x (1 / A)

= 54497,9971 x (10 / 60) x (1 / 61,5508) x (1 / 7,065)

= 20,8873 ft

C.4. Tinggi Ruang Kosong Diatas zat Cair

Ditetapkan tinggi ruang kosong diatas zat cair = 2 ft

C.5. Tinggi Tutup

Direncanakan tutup atas = tutup bawah

Jenis tutup adalah torisperical dished head.

a) Tebal tutup minimum

Dari Brownell & Young, persamaan 13.12, diperoleh :

0,885 x P x Rc tmn = + C

f . E – 0,1 . P

Dgunakan Rc = ID = 3 ft

ρzat cair = 61,5508 lb/ft3

h = Tinggi total tray + tinggi ruang kosong diatas tray

= 70 + 3

(72)

Phid = (ρcairan x (g / gc) x h)

= 61,5508 x 1 x 73

= 4493,2103 lb/ft2 = 31,2028 psig Pop = 760 mmHg

= 14,696 psia = 0 psig

Pt = Phidrostatik + Poperasi

= 31,2028 psig

Pdesign = 1,050 x Pt

= 1,050 x 31,2028

= 32,7630 psig

Bahan konstruksi : Baja stanless SA 240 grade M tipe 316

Stress yang diijinkan, f = 18750 psi

Pengelasan dengan double welded butt joint dengan thermally stress relieved.

E = 0,850

C = 0,125

0,885 x 32,7630 x 36

tmin = + 0,125

(18750 x 0,85 – 0,1 x 32,7630)

= 0,1905 inci

Digunakan tebal tutup 1/4 inci

b) Tinggi Tutup

Rc = ID = 3 x 12 = 36 inci

icr = 1,5 inci (table 5.4 Brownell & Young hal 847)

(73)

Untuk t = 0,25 inci, maka sf = 1,5 inci (table 5.6 Brownell &

Young)

AB = 0,5 x ID – icr

AC = Rc – icr

OB = Rc - BC

Dimana :

BC = (AC2 + AB2)1/2 AB = 0,5 x 36 – 1,5

= 16,5

AB2 = 272,25 AC2 = (36 – 1,5)2

= 1190,25

OB = Rc – (AC2 – AB2)1/2 = 36 – (1190,25 – 272,25)1/2 = 5,7015 inci

Tinggi tutup (OE) = 0,25 + 1,5 + 5,7015 = 7,4515 inci

Tinggi tutup atas + tinggi tutup bawah = 7,4515 + 7,4515

= 14,9030 inci = 1,2419 ft

Tinggi kolom total = 70 + 2 + 20,8873 + 1,2419

= 94,1293 ft

(74)

D. Penentuan Tebal Bejana dan Tebal Tutup

D.1. Penentuan Tebal Minimum Bejana

Menurut ASME Code :

P . ri

tmin = + C

f . E – 0,6 . P

dimana :

t = Tebal dinding, inci

P = Tekanan dalam bejana, psig

ri = Jari-jari bejana, inci

E = Effisiensi las

C = Allowable corrosion = 1/8 inci

f = Allowable stress

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 grade M tipe 316

f = 18750 psi

Pengelasan dengan double welded butt joint dengan thermally stress relieved.

E = 0,850

ri = (3 x 12) / 2

= 18 inci

Menghitung tekanan kolom :

Phid = ρliq x (g / gc) x h

h = 94,1293 ft (dianggap bejana terisi penuh zat cair)

ρliquid = 61,5508 lb/ft3

(75)

= 61,5508 x (32,174 / 32,174) x 94,1293 ft

= 5793,7337 lbf/ft2

= 40,2343 psig

Pop = 760 mmHg

= 14,696 psia = 0 psig

Pt = Phidrostatik + Poperasi

= 40,2343 + 0

= 40,2343 psig

Pdesign = 1,050 x Pt

= 1,050 x 40,2343

= 42,2460 psig

42,2460 x 18

tmin = + 0,125

(18750 x 0,85 – 0,1 x 42,2460)

= 0,1727 inci

Maka digunakan tebal plat 3/16 inci

D.2. Penentuan Tebal Tutup

Ditetapkan tutup kolom atas dan bawah berbentuk torispherical dished head. Dari

perhitungan tebal tutup diatas, diperoleh tmin = 0,1905 inci. Digunakan tebal

(76)

Instrumentasi dan keselamatan kerja

Pra rencana acetic acid VII- 1

BAB VII

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

VII.1. Instrumentasi

Dalam proses industri kimia, instrumentasi mempunyai peranan yang sangat penting dalam pengendalian suatu rangkaian proses. Instrumentasi disisni berfungsi sebagai alat ukur yang terdiri dari indikator (penunjuk), pencatat dan alat kontrol (pengendali). Adapun kondisi operasi dari suatu peralatan yang diatur oleh instrumentasi adalah suhu, tekanan, rate aliran, tinggi cairan/ padatan dalam suatu tangki dan sebagainya.

Pengendalian peralatan suatu prose