BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku
Butana
Bentuk : cair jenuh
Warna : jernih
Kemurnian : minimal 99%
Impuritas : maksimal 1% propana (CME Group)
Density : 600 kg/m3
oksigen
Kadar : 23,2 % berat dari udara.
: 20,946 % mol.
Warna : jernih
Bm : 31,999 g/mol
Volume jenis : 0,7 m3/kg
Titik didih : - 182,98 0C
Titik beku : - 218,79 0C
Temperatur kritis : - 118,57 0C
Tekanan kritis : 50,43 bar
Density cair : 0,8 kg/m3
Density gas : 1,4292 kg/m3
2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu
Katalis Mangan
Bentuk : padatan / metal
Warna : silvery metallic
Berat atom : 54.938045
Fase : solid at 298 K
Density : 7470 kg/m3
Melting point : 1519 K atau 1246 oC
Boiling point : 2334 K atau 2061 oC
Thermal conductivity : 7,8 W/m.K
2.1.3 Spesifikasi Produk
Asam Asetat
Bentuk : cair jenuh
Warna : jernih
Kemurnian : minimal 99 %
Impuritas : maksimal 1 % terdiri dari asam format dan air (BP
p.1.c)
2.2 Konsep Proses 2.2.1 Dasar Reaksi
Pada proses pembuatan asam asetat dengan proses oksidasi n-butana
didasarkan pada reaksi sebagai berikut:
Reaksi utama:
C4H10 + 5/2 O2 2 CH3COOH + H2O
Reaksi samping:
CH3COOH + H2O HCOOH + CH3OH (www.wikipedia.com)
Asam asetat yang dihasilkan mempunyai kemurnian 99%. Katalis yang
digunakan adalah mangan asetat liquid.
2.2.2 Mekanisme Reaksi
Mekanisme reaksi pembentukan asam asetat dari n-butana dan oksigen
dengan katalis mangan adalah sebagai berikut :
H5C2-C2H5 + Mn C2H8* + 2 H+ + Mn
C2H8* + 5/2 O2 C2H8O5*
C2H8O5* + 2 H+ + Mn 2 CH3COOH + H2O + Mn
Reaksi yang terjadi melibatkan bahan baku dan katalis mangan yang
berfungsi sebagai inisiator, yang akan mengarahkan pembentukan radikal bebas.
Radikal bebas yang terbentuk akan mengikat oksigen dari udara. Kemudian
2.2.3 Kondisi Operasi
Reaksi pembentukan asam asetat merupakan reaksi fase cair dengan
kondisi operasi pada tekanan 50 atm dan suhu 180oC. Kondisi operasi dipilih
berdasarkan pertimbangan :
2.2.3.1Tinjauan Thermodinamika
Dilihat dari reaksi pembentukan asam asetat :
C4H10 + 5/2 O2 CH3COOH + H2O
180oC, 50 atm
n-butana oksigen asam asetat air
∆H298 = -986,03 kJ/mol
Tanda negatif menunjukkan bahwa reaksi antara n-butana dengan oksigen yang
membentuk asam asetat adalah reaksi eksotermis.
Dilihat dari energi bebas Gibbs (Gfo)
Data yang dibutuhkan :
No. Komponen ∆H (J/mol) ∆G (J/mol)
(Smith-Van Ness, sixth edition)
∆ Cp dT
(Smith-Van Ness, sixth edition) (13.19)
T
∫ dT = ∆AT0 (τ -1) + T02 (τ2 -1) + T03 (τ3 -1) + ( ) To
(Smith-Van Ness, sixth edition) (14.19)
T T
= + + ∫ dT - ∫ T0 T0
(Smith -Van Ness, sixth edition)
Dengan data sebagai berikut :
∆A = - 2,0625 ; ∆B = - 36,93 x 10 -3 ; T = 453,15 ; τ = 1,52
∆C = 11,222 x 10 -6 ; ∆D = 0,5675 x 10 5 ; T0 = 298,15 ; ∆H0 = - 1129040
Karena harga (K) sangat besar berarti laju reaksi ke kanan (k1) jauh lebih besar
daripada reaksi ke kiri (k2), sehingga dapat dikatakan reaksi adalah irreversible.
2.2.3.2Tinjauan Kinetika
Pertama-tama gas dilarutkan ke dalam cairan, kemudian keduanya harus
menyebar atau bergerak ke permukaan katalis untuk bereaksi hingga tahan untuk
berpindah atau terjadi pada antarmuka gas-cairan dan kemudian ke permukaan
padatan. Penjelasan diatas menyatakan kecepatan secara umum.
Untuk mengembangkan persamaan kecepatan , mari kita gambarkan teori
(Levenspiel, Third Edition)
(Levenspiel, Third Edition)
Dari gambar 22.2 , kita dapat menulis persamaan kecepatan :
-rA’’’= ρAg
Ket :
έ
A= Faktor efektifitas untuk reaksi orde pertama dari A dengan persamaankecepatan (kA ’’’
CB)
1
1 kAg ai
HA
kAl ai
HA
kAc ac
HA
(kA ’’’
CB) έA ƒs
Hukum konstanta Henry : HA = ρA / CA
Dalam hubungan ini :
- ra’ = kecepatan reaksi pembentukan asam asetat
k’ = konstanta kecepatan reaksi = 3,179 x 10-5 gr/cm3.s
Data yang dibutuhkan :
Gas stream : vg = 0.01 m3/s ; HA = 86000 Pa.m3/mol.
Liquid stream : vl = 2 x 10-4 m3/s ; CBo = 400 mol/m3
Catalyst : dp = 5 mm = 5 x 10-3m ; ρs = 1800 kg/m3
De = 4.16 x 10-10 m3/m.cat.s
Kinetik : kAgai = 3 x 10-4 mol / m3.Pa.s; kAlai = 0.02 s-1; kAc = 3.86 x 10-4 m/s
2.3 Diagram Alir Proses
2.3.2 Langkah Proses
Proses pembuatan asam asetat melalui proses oksidasi n-butana dengan
menggunakan katalis mangan secara umum digolongkan menjadi tiga tahap,yaitu
:
1.Tahap penyiapan bahan baku
2.Tahap pembentukan produk
3.Tahap pemurnian
1. Penyiapan Bahan Baku
Bahan baku n-butana disimpan dalam kondisi cair pada T = 30 oC dan
tekanan 3 atm pada tangki penyimpan T-01. N-butana fresh dialirkan dengan
pompa menuju reaktor dengan melewati HE-01 untuk menaikkan suhu dari 30oC
menjadi 180 oC dan tekanan 50 atm.
Bahan baku udara dikompresikan dengan kompressor 3 stage untuk
menaikkan tekanan menjadi 55 atm. Kompressor multistage tersebut dilengkapi 2
intercooler sehingga suhu dapat terjaga pada 180 oC.
2. Tahap Pembentukan Produk
Aliran arus keluar dari Heat Exchanger pertama (HE-01) yang berisi
n-butana fresh dimasukkan ke dalam reaktor yang telah berisi katalis mangan.
Kemudian disemprotkan udara dengan tekanan 55 atm melewati cairan tersebut
sehingga terjadi reaksi pembentukan asam asetat.
Jenis reaktor yang dipakai adalah bubble reaktor dengan berpendingin air,
Reaktor bekerja secara non isotermal non adiabatis. Suhu reaktor
dipertahankan dengan aliran air pendingin yang disirkulasi di shell. Suhu reaksi
dipertahankan sekitar 180 oC untuk mempertahankan reaksi tetap berlangsung
pada fase cair sehingga mempertahankan yield pada kondisi yang diinginkan. Jika
suhu reaksi terlalu rendah maka yield akan kurang daripada yang diharapkan, dan
bila suhu terlalu tinggi maka akan merusak katalis mangan. Suhu keluar reaktor
217 oC. Selanjutnya produk dalam fase gas dari reaktor dialirkan ke condensor
untuk dikondensasikan sebelum dimasukkan ke dalam flash drum (FD-01).
3. Tahap Pemurnian
Produk dari kondensor dilewatkan ke flash drum (FD-01), untuk
memisahkan senyawa condensable (as.asetat, as format, air, dan methanol) dan
non condensable (oksigen, karbon dioksida, nitrogen, dan propana). Senyawa
condensable dialirkan ke separator vessel untuk memisahkan n-butana dengan
dasar perbedaan densitas. Keluaran separator vessel ada dua, keluaran yang
memiliki densitas kurang dari 1 (n-butana) ditampung ke tangki penyimpanan
kedua (T-02), sedangkan keluaran yang memiliki densitas lebih dari 1 kg/m3
menuju kolom destilasi kesatu (D-01).
Kemudian setelah keluar dari separator vessel, campuran produk
dipanaskan dahulu di dalam Heat Exchanger (HE-02) sehingga suhunya sekitar
99oC sebelum dimasukkan ke dalam kolom destilasi. Dalam kolom destilasi
kesatu (D-01), dengan komponen kunci ringan yaitu air dan asam format
sedangkan komponen kunci berat adalah asam asetat. Hasil atas yang berisi
bawah yang memiliki banyak komposisi asam asetat dengan impuritas air, asam
format sebesar 1% dijadikan sebagai produk pabrik ini.
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas 2.4.1 Neraca Massa
a. Neraca Massa di Sekitar Reaktor
Komponen
Input Output
Arus 1 (Kg/Jam)
Arus 2 (Kg/Jam)
Arus 3 (Kg/Jam)
N-Butana 7096.16 3395.37
Oksigen 5050.51 50.51
Nitrogen 16327.06 16327.06
Karbon Dioksida 174.16 174.16
Propana 70.96 70.96
Asam Asetat 7500
Asam Format 62.70
Air 1126.31
Methanol 11.86
Total 7167.12 21551.72 28718.81
b. Neraca Massa di Flash Drum
N-Butana 3395.37 1931.85 1463.52
Oksigen 50.51 50.51
Nitrogen 16327.06 16327.06
Karbon Dioksida 174.16 174.16
Propana 70.96 70.96
Asam Asetat 7500 242.93 7257.07
Asam Format 62.70 3.87 58.83
Air 1126.31 60.26 1066.05
Methanol 11.76 2.14 9.62
Total 28718.81 18863.73 9855.09
28718.81
c. Neraca Massa di Separator Vessel
Komponen
N-Butana 1463.52 1463.52
Asam Asetat 7257.07 7257.07
Asam Format 58.83 58.83
Air 1066.05 1066.05
Methanol 9.62 9.62
Total 9855.09 1463.52 8391.56
d. Neraca Massa di Destilasi I
Asam Asetat 7257.07 317.69 6939.38
Asam Format 58.83 46.34 12.50
Air 1066.05 839.63 226.42
Methanol 9.62 9.62 0
Total 8391.56 1213.27 7178.30
8391.56
2.4.2 Neraca Panas Di lampiran
2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses 2.5.1 Lokasi Pabrik
Lokasi pabrik secara geografis akan sangat berpengaruh terhadap sukses
atau tidaknya kegiatan industri di pabrik tersebut. Suatu pabrik sebaiknya
ditempatkan di suatu tempat dimana biayanya distribusinya minimum. Tetapi
faktor-faktor lain seperti daerah ekspansi dan lingkungan juga harus
dipertimbangkan dalam menentukan lokasi pabrik.
Faktor-faktor yang harus diperhatikan dalam menentukan lokasi pabrik adalah :
- Persediaan bahan makanan - Persediaan buruh
- Pemasaran - Pajak dan peraturan daerah
- Iklim - Fasilitasi transportasi
- Masyarakat - Persediaan air
- Keamanan negara - Bahan-bahan buangan
- Perlindungan terhadap banjir dan kebakaran
Selain hal-hal diatas, di dalam menentukan lokasi suatu pabrik ada beberapa
orientasi, yaitu :
a. Orientasi kepada bahan mentah (Raw Material Oriented), yaitu penentuan
lokasi pabrik berdasarkan jarak antara bahan mentah dengan pabrik. Jadi
pabrik yang raw material oriented didirikan dekat sumber bahan mentah.
b. Orientasi pasar (Market Oriented), yaitu penentuan lokasi pabrik berdasarkan
atas jarak antara pabrik dengan daerah pemasaran hasil tersebut.
c. Junction oriented, yaitu penentuan lokasi pabrik berdasarkan atas jarak antara
pabrik dengan sumber bahan mentah dan jarak antara pabrik dengan pasar.
d. Dan orientasi-oientasi lain yang dapat menjadi pertimbangan.
Di dalam menentukan lokasi pabrik ada faktor lain yang perlu dipertimbangkan,
yaitu :
• Upah buruh yang rendah
• Pajak ringan
• Dekat dengan sumber air
• Dekat dengan sumber tenaga
Namun sifat-sifat bahan baku maupun produk juga digunakan sebagai
pertimbangan dalam menentukan lokasi pabrik. Misal pabrik dengan “weight
bakunya, maka lokasi pabrik sebaiknya terletak didekat sumber bahan baku.
Sedangkan “weight gaining” dimana hasil jauh lebih berat bila dibandingkan
dengan bahan bakunya, maka pabrik terletak di daerah pemasaran.
2.5.2 Lay Out Pabrik
Setelah proses diagram alir disusun, sebelum desain pemipaan struktural
dan listrik dimulai, maka lay out proses pabrik dan peralatan harus direncanakan
terlebih dahulu.
Perencanaan lay out pabrik meliputi perencanaan storage area, proses area
dan handling area. Pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam lay out pabrik
adalah :
1. Tanah yang tersedia
2. Tipe dan kualitas produk
3. Kemungkinan pengembangan pabrik masa mendatang
4. Distribusi bahan baku, bahan jadi, air, listrik dan lain-lain
5. Keadaan lingkungan cuaca dan sosial
6. Keamanan terhadap bahaya kebakaran, peledakan, gas beracun dan bentuk
bangunan
7. Pengaturan terhadap penggunaan lantai ruangan dan elevasi
Secara garis besar lay out pabrik ini dibagi menjadi beberapa daerah utama yaitu :
1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol
• Daerah administrasi merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang
• Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses,
kuantitas dan kualitas bahan yang akan diproses serta produk yang akan
dijual.
2. Daerah proses
Merupakan daerah alat-alat proses diletakkan dan proses berlangsung
3. Daerah pergudangan umum dan garasi
4. Daerah utilitas
Merupakan daerah dimana terjadi kegiatan penyediaan air, listrik, steam, baan
bakar, dan unit pengolahan limbah.
Adapun perincian luas tanah sebagai bangunan pabrik dapat dilihat pada tabel
Tabel 2.1 Perincian Luas Tanah dan Bangunan Pabrik
No. Bangunan Ukuran (m) Luas (m2)
1 Pos Keamanan 8 x 5 x 5 200
2 Parkir 20 x 50 1000
3 Masjid 30 x 30 900
4 Bengkel 40 x 40 1600
5 Gudang 20 x 30 600
6 Kantor Pusat 40 x 70 2800
7 Daerah proses 70 x 80 5600
8 Utilitas 40 x 80 3200
9 Limbah 30*50 1500
10 Laboratorium 20 x 30 600
11 Tangki penyimpan 40 x 100 4000
12 Pemadam kebakaran 15 x 20 300
13 Daerah pengembangan 50 x 160 8000
14 Kantin 10x30 300
15 Jalan / taman 10000
16 Aula 30 x 50 1500
17 Poliklinik 20 x 30 600
1 1
17
18
16 13
15
14 12
11
18
7 8 9 10
6 2
18
5 4 3
1
2 1
Keterangan gambar tata letak pabrik :
1. Pos Keamanan
2. Taman
3. Parkir
4. Kantor Pusat
5. Aula
6. Poliklinik
7. Gudang
8. Bengkel
9. Pemadam Kebakaran
10.Kantin
11.Masjid
12.Laboratorium
13.Pengolahan Limbah
14.Proses Produksi
15.Tangki Penyimpanan
16.Utilitas
17.Daerah Pengembangan
18.Jalan
2.5.3 Lay Out Peralatan
Dalam perancangan lay out peralatan proses ada beberapa hal yang perlu
dipertimbangkan, yaitu :
1. Aliran proses bahan baku dan produk
Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan
ekonomis yang besar serta menunjang kelancaran dan keamanan produksi.
Perlu diperhatikan elevasi pipa, untuk pipa diatas tanah perlu dipasang pada
ketinggian 3 m atau lebih. Sedangkan untuk pemipaan pada permukaan tanah
diatur sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu lalu lintas pekerja.
2. Aliran udara
Aliran udara di dalam dan sekitar areal proses perlu diperhatikan supaya
suatu tempat yang dapat mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat
membahayakan pekerja. Selain itu perlu diperhatikan juga hembusan angin.
3. Cahaya
Penerangan seluruh pabrik harus memadai pada tempat-tempat proses yang
berbahaya atau beresiko tinggi perlu diberikan penerangan tambahan.
4. Lalu lintas manusia
Dalam perancangan lay out peralatan perlu diperhatikan agar para pekerja
dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah. Apabila terjadi
gangguan alat proses dapat segera diperbaiki. Selain itu keamanan pekerja
selama menjalankan tugasnya perlu diperhatikan.
5. Dalam menempatkan alat-alat proses pada pabrik diusahakan agar dapat
menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi
pabrik sehingga dapat menguntungkan dari segi ekonomi.
6. Jarak antar alat proses
Untuk alat operasi yang mempunyai tekanan dan suhu operasi yang tinggi
sebaiknya dipisahkan dari alat proses lainnya sehingga apabila terjadi ledakan
atau kebakaran pada alat tersebut tidak membahayakan alat proses lainnya.
Tata letak alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga :
• Kelancaran proses produksi terjamin
• Dapat mengefektifkan penggunaan luas lantai
• Biaya material handling menjadi rendah dan menyebabkan turunnya
Jika lay out peralatan proses sedemikian rupa sehingga urut-urutan proses
produksi lancar, maka perusahaan tidak perlu membeli alat angkutan yang
biayanya mahal.
• Karyawan mendapat kepuasan kerja
Jika karyawan mendapatkan kepuasan dalam, maka akan mengakibatkan
meningkatnya semangat kerja yang menyebabkan meningkatnya
F B LAYOUT PERALATAN PABRIK
DEPAN PABRIK
BELAKANG
PABRIK
1. T-01: Tangki penyimpan n-butana
2. T-02: Tangki penyimpan n-butana (recycle)
3. T-03: Tangki penyimpan asam asetat
4. P-01: Pompa fresh feed masuk ke reaktor
5. P-02: Pompa produk dari FD ke Expandeer Valve
6. P-03: Pompa poduk dari HE-02 ke menara desitlasi
7. P-04: Pompa dari accumulator 01 ke menara destilasi
8. P-05: Pompa dari reboiler ke tangki 03
9. P-06: Pompa dari separator vessel ke tangki 02
10.HE-01: Heater umpan dari tangki 01 ke reaktor
11.HE-02: Heater produk dari separator vessel ke menara destilasi
12.CL-01 : Pendingin produk dari reaktor ke flash drum
13.CD-01 : Kondensor produk dari menara destilasi
14.R-01 : Reaktor
15.FD-01 : Flash drum
16.F-01 : Filter
17.B-01 : Blower
18.K-01 : Komperessor
19.D-01 : Kolom destilasi I
20.E-02 : Expander Valve
21.AC-01 : Accumulator D-01
