PABRIK PENTA SODIUM TRIPHOSPHATE DARI SODA API DAN ASAM PHOSPHATE DENGAN PROSES DUA TAHAP.

(1)

PRA RENCANA PABRIK

oleh :

FIQIH ALQANI

0831010058

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” JATIM

(2)

PRA RENCANA PABRIK

oleh :

FIQIH ALQANI

NPM: 0831010058

SURABAYA

(3)

DUA TAHAP

Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan

Dalam Memperoleh Gelar Sarjana

Program Studi Teknik Kimia

oleh : FIQIH ALQANI NPM: 0831010058

SURABAYA

(4)

PABRIK PENTA SODIUM TRIPHOSPHATE DARI SODA API

DAN ASAM PHOSPHATE DENGAN PROSES

DUA TAHAP

oleh : FIQIH ALQANI NPM: 0831010058

Surabaya, 17 Februari 2012

Telah disetujui untuk mengikuti Ujian Lisan periode IV tahun 2011/2012

Mengetahui, Dosen Pembimbing

(5)

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan puji syukur kepada Allah SWT atas berkat dan rahmat-Nya, maka penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul : “Pabrik Penta Sodium Triphosphate dari Soda Api dan Asam Phosphate dengan proses Dua Tahap“ yang merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur. Atas tersusunnya Tugas Akhir ini saya sebagai penyusun mengucapkan terima kasih kepada :

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

2. Ir. Retno Dewati, MT , selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.

3. Ir. Suprihatin, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Seluruh Karyawan dan Staf TU Fakultas Teknologi Industri yang telah membantu dalam proses surat menyurat dan pendaftaran ujian

5. Semua pihak yang telah banyak membantu tersusunnya Tugas Akhir ini yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu .

Penyusun menyadari bahwa isi dari laporan Tugas Akhir ini sangat jauh dari sempurna, maka penyusun mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca.

Akhir kata penyusun berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan di Indonesia .

Surabaya, 27 Januari 2012

(6)

DAFTAR ISI

Halaman

Kata Pengantar

i

Daftar isi

ii

Daftar tabel

iii

Daftar gambar

iv

Daftar grafik

iv

Intisari

v

Bab I Pendahuluan

I - 1

Bab II Pemilihan dan Uraian Proses

II – 1

Bab III Neraca Massa

III – 1

Bab IV Neraca Panas IV -1

Bab V Spesifikasi Peralatan 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 Kesimpulan XII-1

(7)

Tabel I.1 Kebutuhan Penta Sodium Triphosphate (Na5P3O10) di Indonesia

I-2

Tabel I.2 Perkembangan Produksi Penta Sodium Triphosphate (Na5P3O10) di Indonesia

I-2

Tabel II.1 Perbedaan proses satu tahap dan dua tahap II-3 Tabel VII.2 Nama – nama alat dan bagian peralatan yang dikontrol VII-4 Tabel VII.2 Fasilitas – fasilitas yang dapat menunjang keselamatan

kerja para karyawan

VII-6

Tabel VIII.1 Standart Baku Mutu Air Bersih berdasarkan KepMenKes No.492 Tahun 2010

VIII-2

Tabel VIII.2 Kebutuhan air proses untuk pabrik VIII-7 Tabel VIII.3 Kebutuhan air pendingin untuk pabrik VIII-8 Tabel VIII.4 Kebutuhan Listrik untuk Peralatan Proses VIII-57 Tabel VIII.5 Kebutuhan Listrik untuk Peralatan Utilitas VIII-58 Tabel VIII.6 Kebutuhan Listrik untuk Penerangan VIII-59 Tabel VIII.7 Jumlah lampu mercury yang dibutuhkan VIII-60

Tabel IX.1 Perkiraan Luas Pabrik IX-8

Tabel X.1 Jumlah karyawan Pabrik Penta Sodium Triphosphate X-9 Tabel X.2 Perincian Jumlah Tenaga Kerja dan Gaji X-10

Tabel X.3 Jadwal kerja karyawan proses X-12

Tabel XI.1 Biaya Total Produksi dalam Berbagai Kapasitas XI-6 Tabel XI.2 Modal sendiri pada tahun konstruksi XI-7 Tabel XI.3 Modal pinjaman pada tahun konstruksi XI-7

Tabel XI.4 Cash Flow XI-10

Tabel XI.5 Internal Rate of Return (IRR) XI-11

Tabel XI.6 Rate On Equity (ROE) XI-12

Tabel XI.7 Pay Out Periode (POP) XI-13

(8)

Gambar II.1 Plant diagram untuk produksi triphosphate II-2 Gambar II.2 Plant diagram untuk membuat padatan Penta

Sodium Triphosphate

II-3

Gambar IX.1 Peta Wilayah Kabupaten Gresik IX-6

Gambar IX.2 Tata Letak Pabrik IX-9

Gambar IX.3 Tata Letak Peralatan IX-10

Gambar X.1 Bagan Struktur Organisasi Perusahaan X-3

DAFTAR GRAFIK

(9)

INTISARI

Bahan baku proses produksi penta sodium triphosphate berupa soda api dan asam phosphate. Soda api dan asam phosphate dari gudang dan tangki penampung dipompa menuju ke tangki netralizer dan dikondisikan pada suhu 60 o

C dan tekanan 1 atm, dengan waktu tinggal sekitar 2 jam. Reaksi yang terjadi menghasilkan garam orthophosphate dan air. Produk keluar dari tangki netralizer kemudian dilakukan pengeringan dengan spray dryer dan dilakukan kalsinasi dengan rotary kiln setelah itu terbentuklah penta sodium triphosphate dan sodium pyrophosphate.

Kebutuhan pendingin di peroleh dari air pendingin. Kebutuhan listrik di peroleh dari PLN, dan untuk air pendingin diperoleh dari sungai terdekat. Pabrik ini menggunakan system organisasi perseroan terbatas atau PT , dengan bentuk organisasi garis dan staf.

Pabrik ini direncanakan bekerja secara kontinyu dengan waktu produksi 330 hari per tahun .

Dari hasil perhitungan dan pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal sebagai hal sebagai berikut :

1. Kapasitas Produksi : 60.000 ton / tahun 2. Bentuk organisasi : Perseroan Terbatas 3. Sistem organisasi : Garis dan Staf

4. Lokasi Pabrik : Gresik Jawa Timur 5. Produk Na5P3O10 : 8816,1028 kg / jam

6. Bahan baku

a. Soda api : 4122,0217 kg / jam b. H3PO4 : 6047,2774 kg / jam 7. Kebutuhan utilitas

 Bahan bakar : 1642,152442 lt / hari

 Air : 5610,5481 m3 / hari

 Listrik : 601,0891 kWh 8. Analisa ekonomi

 Modal Tetap (FCI) : Rp. 481.443.199.940,65

 Modal Kerja (WCI) : Rp. 8.316.931.295,97

 Investasi Total (TCI) : Rp. 489.760.131.236,62

 IRR : 24,92 %

 ROE : 36,68 %

 POP : 3 tahun 7 bulan 9 minggu

(10)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Penggunaan pupuk buatan, asam phosphate, garam – garam phosphate

dan turunannya telah meningkat dengan pesat, terutama karena promosi yang

telah dilakukan dengan agresif oleh perusahaan – perusahaan pembuatannya serta

oleh badan federal di Amerika Serikat. Namun sebelum konsumsi bahan – bahan

itu dapat berkembang sepenuhnya, proses – proses pembuatannya masih harus

disempurnakan agar lebih efisien dan lebih murah.

Dalam beberapa dasawarsa terakhir industri phosphate mengalami

banyak kemajuan dalam menurunkan biaya produksi. Hal itulah yang

menyebabkan phosphor, asam phosphate dan garam – garamnya dipakai dalam

bidang yang lebih luas dan banyak dibuat turunan barunya. Diantara kegunaannya

adalah sebagai bahan baku deterjen, karena phosphate tidak lagi terbatas pada

bahan anorganik sederhana seperti anggapan kita.

Di Indonesia pada tahun 1970, deterjen belum dapat diterima sebagai

pengganti sabun cuci, tetapi sekarang pemakaian deterjen semakin banyak dan

pemakaian sabun cuci psebaliknya. Hal ini disebabkan karena sabun cuci

merupakan bahan pencuci yang dibuat dari minyak atau lemak yang diperoleh

dari sumber hewani dan nabati, tetapi bahan baku tersebut tersedia dalam jumlah

yang terbatas sedangkan laju pertumbuhan penduduk semakin meningkat.

Sedangkan untuk di Indonesia sendiri kebutuhan Penta Sodium Triphosphate dari

(11)

Tabel I.1 Kebutuhan Penta Sodium Triphosphate (Na5P3O10)

di Indonesia

Tahun Kebutuhan ( ton )

2005 85000 2006 90000 2007 207500 2008 258717 2009 351564 2010 475124

( Sumber : Sarwani. 9 April 2008. Jangan sampai deterjen tak berbusa (Online), (http:// bisnis.com), diakses 9 Agustus 2011)

PT. Petrocentral adalah produsen tunggal Penta Sodium Triphosphate

(Na5P3O10) di Indonesia, sedangkan untuk kapasitas produksi Penta Sodium

Triphosphate (Na5P3O10) di Indonesia ini sendiri bisa di lihat pada tabel di bawah

ini :

Tabel I.2 Perkembangan Produksi Penta Sodium Triphosphate (Na5P3O10)

di Indonesia

Tahun Produksi(Ton)

2006 34.411 2007 38.185 2008 48.442 2009 50.461 2010 51.291

(12)

Faktor-faktor yang mempengaruhi berdirinya pabrik Penta Sodium

Triphosphate adalah:

1. Potensi bahan baku tersedia di Indonesia

2. Adanya cukup permintaan dari dalam negeri

3. Masih di importnya dari luar negeri untuk memenuhi kebutuhan industri

dalam negeri

Dengan memandang segala ketentuan tersebut di atas dan berpihak

pada prospek, maka dipandang perlu untuk didirikan pabrik Penta Sodium

Triphosphate di Indonesia, mengingat fungsi Penta Sodium Triphosphate yang

sangat berguna yaitu sebagai kompleks hardness, memperbaiki kualitas air dan

juga sebagai pembersih. Maka pendirian pabrik Penta Sodium Triphosphate

mempunyai dampak positif yaitu merangsang pertumbuhan industri deterjen di

Indonesia sekaligus penghematan devisa dan juga dapat menciptakan lapangan

kerja baru.

1.2. Sejarah Singkat Penta Sodium Triphosphate

Penta Sodium Triphosphate (Na5P3O10) atau dengan nama lain Sodium

Tripolyphosphate (STPP) untuk pertama kali ditemukan oleh Schwartz pada tahun

1895 merupakan salah satu bentuk dari phosphate, dimana phosphate merupakan

dasar utama dari senyawa – senyawa kimia golongan phosphorus yang

mempunyai banyak sekali kegunaan.

1.3. Spesifikasi Bahan Baku

Bahan baku pembuatan Penta Sodium Triphosphate adalah soda api

dan asam phosphate. Disini asam phosphate sebagai sumber phosphor, sedangkan

soda api sebagai sumber sodium. Sebenarnya bahan baku soda api dapat

digantikan oleh soda ash tetapi, soda ash mempunyai sifat kelarutan yang lebih

kecil terhadap air dibandingkan soda api, sehingga memerlukan biaya yang lebih

(13)

1.3.1. Asam phosphate

 Sifat – sifat kimia

a. Rumus kimia = H3PO4

b. Berat molekul = 98

c. Komposisi = ± 75 %

d. Panas pembentukan = -300,74 Kcal/gmol

e. Panas pelarutan = 2,79 Kcal/gmol (mempunyai bentuk kristal pada

konsentrasi diatas 80%)

f. Akan berubah menjadi anhydrate pada suhu 150 °C

g. Akan berubah menjadi pyro phosphoric acid pada suhu 200 °C

h. Akan berubah menjadi meta phosphoric acid pada suhu 300 °C

i. Kristal pada suhu 30 °C mempunyai komposisi 2H3PO4.H2O yang

merupakan tribasis

o K₁ pad suhu 25 °C = 7,52 . 10-3

o

K2 pada suhu 25 °C = 6,23 . 10-8

o

K3 pada suhu 25 °C = 3,00 . 10-13

 Sifat – sifat fisika

a. Kristal berbentuk orthorombik

b. Liquida tak berwarna, tak berbau dan jernih

c. Lebih keras dibanding asam asetat, asam silikat, asam borak, akan

tetapi lebih lunak dibanding asam sulfat dan asam kromat

d. Korosif terhadap logam dan alloy

e. Dapat disimpan pada kontainer yang terbuat dari stainless steel

f. Untuk asam phosphate 75 % berat :

- Specific gravity = 1,572 pada 30 oC

- Freezing point = - 17,5 °C (dan pada keadaan 75 % berat)

- Melting point = 42,35 °C (dan pada keadaan murni 100 %

mempunyai melting point = 29,25 °C)

- Boiling point = 135 °C

(14)

1.3.2. Soda api

- Sifat – sifat kimia

a. Rumus kimia = NaOH

b. Berat molekul = 40

c. Komposisi = 99 %

d. Tidak larut dalam alkohol

e. Merupakan larutan berbasa kuat (pH = 11,6 (solution))

f. Larut dalam air = 42 gr / 100 gr H2O pada 0 °C

= 174 gr / 100 gr H2O pada 60 °C

- Sifat – sifat fisika

a. Nama lain = sodium hidroksida, soda alkali, kaustik soda

b. Berbentuk kristal berwarna putih (granule putih)

c. Tidak mudah terbakar

d. Tidak beracun

e. Cp pada 25 °C = 1043,01 joule / kg °K = 249,3 cal / kg °K

f. Density pada 20 °C = 2,533 gr / cm3

g. Melting point = 318,4 °C

h. Boiling point = 1390 °C

i. Specific gravity = 2,13 (Perry 6th ed.:1984)

1.3.3. Penta Sodium Triphosphate

- Sifat – sifat kimia

a. Rumus molekul = Na5P3O10

b. Berat Molekul = 368

c. Garam Na5P3O10 mempunyai formula yang sama dengan

5Na2O3P2O5 atau dapat dikatakan komposisi Na5P3O10 adalah

5Na2O3P2O5.

1.3.3. Hydrolisa dari Penta Sodium Triphosphate menghasilkan Pyrophosphate dan Orthophosphate

(15)

- Sifat – sifat fisika

a. Berupa butiran putih agak hygroskopis

b. Tidak mengandung air (anhydrous)

c. Sedikit beracun

d. pH adalah 9,7 – 9,9 (1 % larutan pada 25 °C)

e. Merupakan sifat diantara tetra sodium pyrophosphate dan

metaphosphate

f. Dapat menimbulkan iritasi pada selaput pernapasan

g. Larut dalam air

1. Pada 25 °C kelarutan 14,6 gram / 100 ml, panas kelarutan =

16,1 kkal / mol

2. Pada 100 °C kelarutan 86,5 gram / 100 ml, panas kelarutan =

14,0 kkal / mol

3. Hexahydrat, panas kelarutan = 2,6 kkl / mol

h. Boiling point = 622 °C

i. Titik transisi = 417 ± 8 °C

j. Titik leleh = 625 °C

k. Specifik Gravity = 2,57 – 2,62

l. Larut dalam air = 2,26 gr / 100 gr H2O pada 0 °C

45 gr / 100 gr H2O pada 96 °C

m. Density = 1,5 min; 0,35 – 0,99 g / cm3

n. Kandungan Penta Sodium Triphosphate = 98,92 %

(16)

1.4. Spesifikasi Produk (Penta Sodium Triphosphate)

Garam – garam Triphosphate pada umumnya diproduksi dengan

dehidrasi thermal campuran garam – garam phosphate. Walaupun sejumlah garam

Triphosphate hanya garam penta sodium yang penting.

Penta Sodium Triphosphate (Na5P3O10) adalah garam penta sodium

dari anion triphosphate. Ada tiga jenis bentuk kristal dari Na5P3O10 yaitu dua jenis

bentuk anhidrat dan yang ketiga adalah hexahidrat.

Penta Sodium Triphosphate ahhydrous Bentuk I (STP-I, STP phase-I,

Na5P3O10-I) adalah bentuk pada temperatur tinggi dan secara thermodinamika

merupakan fase yang stabil, Jenis ini bersifat menggumpal. Penta Sodium

Triphosphate Bentuk II (STP-II, STP phase-II, Na5P3O10-II) adalah bentuk pada

temperatur rendah, Jenis ini bersifat hablur. STP-II dapat berubah dengan mudah

ke STP-I dengan pemanasan di atas 417 ± 8 °C, temperatur transisi. Kebalikan

reaksi, STP-I→STP-II, dibawah 417 ± 8 °C merupakan perubahan besar yang

lambat, sehingga, kedua bentuk anhydrous dari Penta Sodium Triphosphate dapat

berubah stabil dan berdampingan pada temperatur kamar.

Struktur STP-I dan STP-II mempunyai pokok susunan ion dari

kationnya. Dalam STP-II seluruh ion sodium berhubungan dengan oksigen secara

octahedral dimana pada STP-I beberapa ion sodium dikelilingi oleh hanya 4 atom

oksigen. Dua bentuk anhidrat STPP dapat dibedakan dengan di defraksi sinar X

atau infra merah dan spektroskop raman.

Selain kedua struktur anhidrat diatas, terdapat jenis struktur yang lain,

yaitu hexahidrat. Na5P3O10 terbentuk dengan penambahan bentuk anhidrat STPP

yang lain ke dalam air atau hidrolisa sodium trimetaphosphate (NaPO3)3 dalam

media alkali. Stabil pada temperatur kamar tetapi terdegradasi dengan cepat

menjadi pyrophosphate dan phosphate bila dipanaskan mendekati 100 °C.

Penta Sodium Triphosphate diproduksi secara komersial dengan

kalsinasi campuran mono dan disodium phosphate dengan rasio Na : P adalah 5 :

3. Proporsi dari dua fase Penta Sodium Triphosphate tersebut dikontrol oleh

(17)

sejumlah tetrasodium pyrophosphate dan beberapa trimetaphosphate serta

sejumlah kecil orthophosphate yang tidak terkonversi.

Bentuk STP-I dan STP-II dalam Penta Sodium Triphosphate komersial

ditentukan dengan mengontrol waktu dan temperatur selama kalsinasi. Dibawah

suhu 175°C semua P2O5 yang tertinggal berupa orthophosphate. Pada range suhu

175 – 200°C, sebagian kecil orthophosphate telah berubah menjadi kristal

Na4P2O7, ini berarti terdekomposisi membentuk polyphosphate. Disekitar suhu

200°C Na5P3O10 mulai terbentuk secara perlahan-lahan dan pada suhu 300 °C

reaksi pembentukan Na5P3O10 relatif lebih cepat. Menurut deteksi yang telah

dilakukan, suhu terendah dimana Na5P3O10 mulai terbentuk perlahan-lahan pada

suhu 150 °C. Pada range suhu 350 – 400 °C, semua komposisi orthophosphate

telah terkonversi menjadi Na5P3O10 bentuk II. Dibawah kondisi normal, pada

temperatur final 450 – 850 °C dan kemudian didinginkan, didapatkan bahwa pada

range suhu 400 – 500 °C Na5P3O10 bentuk II berubah dengan cepat menjadi

Na5P3O10 bentuk I. Perubahan ini biasanya tidak sempurna, pada saat suhu lebih

besar atau sama dengan biasanya masih mengandung 3 – 60% Na5P3O10 bentuk II.

Dalam kebanyakan proses, temperatur akhir yang mendekati 450 °C

menghasilkan suatu produk yang mengandung 30 % STP-I yang dibutuhkan

dalam pembuatan deterjen.

1.5. Kegunaan Penta Sodium Triphosphate

Penta Sodium Triphosphate telah diperkenalkan pada tahun 1940-an

sebagai bahan baku utama (builder) deterjen yang berguna sebagai ”water

softener” sehingga dapat meningkatkan daya bersih deterjen. Penta Sodium

Triphosphate digunakan dalam pembuatan formula pembersih, termasuk

didalamnya adalah produk-produk household, formula pencuci piring, pencuci

mobil dan sejumlah industri pembersih lainnya.

Untuk meningkatkan kualitas makanan, Penta Sodium Triphosphate

digunakan untuk mengawetkan daging, unggas dan pakan ternak. Pengolahan

dengan Penta Sodium Triphosphate memperbaiki kualitas dari beberapa jenis

(18)

Penta Sodium Triphosphate juga dipergunakan untuk meningkatkan

kualitas material secara teknis seperti clay processing, pelunakan air, proses

pembuatan tekstil, pengeboran atau penggalian tanah, pulp dan kertas, karet,

(19)

BAB II

PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES

2.1. Macam proses

Pada dasarnya proses PentaSodium Triphosphate hanya ada satu cara

proses pengeringan dan polikondensasi (Drying and Polycondensation Process)

yang membedakan proses pembuatan Penta Sodium Triphosphate adalah jumlah

tahap proses yang dipakai dan peralatan yang dipakai. Pada proses pengeringan

dan polikondensasi dalam pembuatan PentaSodium Triphosphate ada dua macam

tahap yang membedakan yaitu:

1. Proses pengeringan polikondensasi satu tahap (Single stage drying and

polycondensation process).

2. Proses pengeringan polikondensasi dua tahap (Two stage drying and

polycondensation process).

2.1.1. Proses Penta Sodium Triphosphate Satu Tahap

Pembuatan Penta Sodium Triphosphate dengan mengkonversi

orthophosphate menjadi Penta Sodium Triphosphate yang dilakukan dalam satu

langkah bisa terjadi dalam spray dryer atau rotary kiln saja, tetapi biasanya dalam

proses ini digunakan spray dryer.

Salah satu proses satu tahap adalah proses Hoechst – Knapsack, yaitu

dengan menyemprotkan larutan orthophosphate pada tekanan 1 – 2 Mpa ke dalam

stainless steel spray tower secara cocurrent dengan gas panas. Alat pembakar

diatur secara konsentrik sekitar nozzle sehingga menghasilkan daerah api yang

berbentuk kerucut terhadap puncak menara. Larutan yang disemprot bergerak

turun searah dengan gas pembakaran dan dengan cepat terjadi penguapan dan

berubah ke triphosphate, PentaSodium Triphosphate yang terbentuk dikumpulkan

dalam tower cone dan dikeluarkan. Pemisahan partikel yang terikut dengan gas

dilakukan dengan cyclone. Produk Penta Sodium Triphosphate yang dihasilkan

(20)

a

c

b

d

h

j

k

i

l

m e

Exhaust vapors

Soda

H₂O

Wash water Air Gas

Steam

Gas Air

f

Wash water

cooling water

Filling into container wagons Off gas

Wa

s

h

water

g

Gambar II.1. Plant diagram untuk produksi triphosphate. Diagram of plant for

Production of triphosphate by the Hoechst-Knapsack process: a) Caustic soda; b)Phosphoric acid;

c) Neutralization; d) spray tower; e)Cooling jacket; f) Burner; g) Spray nozzle; h) Cyclone; i)

Cooling pipe; j) Wash tower; k) Rotary cooling drum; l) Product silo; m) Bag filling and weighing

machine.

2.1.2. Proses Penta Sodium Triphosphate Dua Tahap

Dalam proses pembuatan Penta Sodium Triphosphate dua tahap,

larutan orthophosphate tidak langsung diubah menjadi Penta Sodium

Triphosphate melainkan menguapkan terlebih dahulu airnya dalam tahap pertama

dengan menambahkan monophosphate anhydrous. Seringkali kondensasi parsial

dengan pembentukan diphosphate sudah terdapat dalam tahap ini. Kondensasi

actual triphosphate terjadi pada tahap kedua.

Spray dryer dapat digunakan untuk menguapkan air yang terkandung

dalam larutan orthophosphate dan rotary kiln yang berfungsi untuk mengkonversi

orthophosphate menjadi Penta Sodium Triphosphate. Suplay energi didapat dari

(21)

Rotameter

Chilling or tempering unit Mix Tank

Soda Ash

Silo Silo

Silo

Mill Gas-fired

calciner

Dryer Weigh meter

To Bags or Hopper

Cars Phosporic

Acid

Gambar II.2 Plant diagram untuk membuat padatan Penta Sodium Triphosphate

1.3. Pemilihan Proses

Satu tahap dan dua tahap dalam proses pembuatan Penta Sodium

Triphosphate mempunyai kelemahan dan kelebihan seperti tampak dalam

tabel dibawah ini:

Tabel II.1 Perbedaan proses satu tahap dan dua tahap

PROSES SATU TAHAP DUA TAHAP

Alat utama Spray dryer atau Spray dryer dan Rotary kiln Rotary kiln

Proses Suhu 300 – 550 °C Suhu ± 600 °C

Spesifikasi produk Produk kering Produk akhir lebih kering karena mengalami dua kali pemanasan

Produk samping Tidak ada Memungkinkan

Memproduksi

(22)

Dari tabel diatas dapat dinyatakan bahwa cara pembuatan Penta

Sodium Triphosphate dipilih proses dua tahap karena memiliki beberapa

keunggulan diantaranya :

 Produk lebih kering karena mengalami dua kali pemanasan

 Memproduksi penta sodium triphosphate dengan konsentrasi lebih dari 90% dan tetra sodium pyrophosphate.

 Penta sodium triphosphate dan tetrasodium pyrophosphate digunakan sebagai bahan baku deterjen, pelunakan air, dan pengawet makanan.  Untuk memenuhi kebutuhan pasar dalam negeri sehingga dapat

mengurangi impor penta sodium triphosphate.

 Dapat memberikan keuntungan secara ekonomis karena kapasitas produksi masih berada dalam batas yang menguntungkan.

Sedangkan cara pembuatan Penta Sodium Triphosphate dengan proses

satu tahap kualitasnya yaitu :

 Produk yang dihasilkan kering mengalami satu kali pemanasan.

 Memproduksi penta sodium triphosphate dengan konsentrasi 80 % - 90 %.  Penta sodium triphosphate digunakan sebagai bahan baku deterjen,

pelunakan air, dan pengawet makanan.

2.2. Uraian Proses

Pada proses pembuatan Penta Sodium Triphosphate ini terdiri dari

beberapa tahapan proses, yaitu antara lain:

1. Tahap netralisasi

2. Tahap pengeringan

3. Tahap polikondensasi (kalsinasi)

4. Tahap akhir

Sebelum melaksanakan tahap-tahap proses, perlu adanya persiapan

bahan baku. Yang dimaksud dengan persiapan bahan baku adalah mengolah

bahan baku agar dapat digunakan dalam keempat tahap proses.

(23)

Konsentrasi asam phosphate yang dipergunakan adalah 75% berat.

(Shreve 5th ed.:1975)

b. Soda Api

Untuk memudahkan reaksi netralisasi dalam tangki nanti, maka soda

api yang berbentuk kristal putih perlu dilarutkan dahulu dalam air dan kelarutan

natrium carbonat dalam air dingin sangat kecil tetapi dalam air panas sampai 174

gr / 100 gr H2O (Perry’s 6th ed.:1984) pada 60°C. Soda api yang berbentuk kristal

diangkut dengan menggunakan belt conveyor diumpankan ke dalam tangki

pelarutan soda api yang dilengkapi pengaduk dan pemanas. Bersamaan itu pula

dipompakan air dari tangki air proses sehingga soda api dapat larut dalam tangki

pelarutan soda api.

2.3.1. Tahap Netralisasi

Yang dimaksud netralisasi adalah proses pencampuran atau penetralan

asam phosphate oleh soda api dalam tangki netralisasi sehingga diperoleh larutan

garam. Proses netralisasi ini merupakan tahap yang menentukan untuk

mendapatkan produk akhir PentaSodium Triphosphate yang mempunyai konversi

tinggi.

Reaksi antara asam phosphate dengan soda api diatur sedemikian rupa

dengan mol ratio Na2O : P2O5 = 5 : 3 dimana Na2O dan P2O5 merupakan basis

perhitungan untuk soda api dan asam phosphate. Proses netralisasi ini nantinya

akan menghasilkan garam-garam orthophosphate yang berupa monosodium

phosphate dan disodium phosphate dengan perbandingan mol 1 : 2.

Selain larutan garam orthophosphate yaitu monosodium phosphate dan

disodium phosphate. Reaksi yang terjadi adalah eksotermis sehingga untuk

menjaga agar suhu reaksi tidak tinggi, maka diberikan pendingin air.

Reaksi netralisasi ini adalah sebagai berikut:

H3PO4 + NaOH → NaH2PO4 + H2O …………...(I)

(24)

Proses ini dilakukan dalam tangki netralisasi yang dilengkapi dengan

agitator dan coil pemanas pada suhu operasi 60°C.

2.3.2. Tahap Pengeringan

Pada tahap pengeringan ini, pengering yang dipakai adalah spray dryer

dan calciner. Larutan orthophosphate yang terdiri dari monosodium phosphate dan

disodium phosphate keluar dari tangki netralisasi diumpankan ke spray dryer

dengan menggunakan pompa.

Pada proses ini gas pengering yang dihembuskan oleh blower pada

suhu 500°C yang dihasilkan dari burner dan suhu produk keluar 170°C, demikian

pula gas yang keluar bersama-sama dengan uap air suhunya 200°C, keluar melalui

cyclone. Produk yang keluar dari spray dryer berupa garam orthophosphate kering

dengan kadar air 2%, langsung diterima screw conveyor untuk diumpankan dalam

calciner.

2.2.3. Tahap Polikondensasi (kalsinasi)

Yang dimaksud dengan tahap polikondensasi disini adalah reaksi

pembentukan Penta Sodium Triphosphate dari garam orthophosphate kering.

Karena reaksi ini selain membentuk PentaSodium Triphosphate juga melepaskan

air, maka reaksi ini disebut polikondensasi. Selain terbentuk Penta Sodium

Triphosphate juga terbentuk Tetra Sodium Pyrophosphate dari disodium

phosphate yang tidak bereaksi dengan PentaSodium Triphosphate.

Reaksi:

NaH2PO4 + 2Na2HPO4→ Na5P3O10 + 2H2O...(I)

2Na2HPO4 → Na4P2O7 + H2O...(II)

Reaksi polikondensasi ini berlangsung dalam calciner, yang dipakai dalam rotary

kiln.

Gas pembakar yang dipakai suhunya 800°C dan gas panas yang keluar

bersama-sama uap air suhunya 300°C melalui cyclone dan produk keluar dari

rotary kiln pada suhu 600°C diumpankan ke rotary cooler melalui screw

(25)

2.2.4. Tahap akhir

Disebut tahap akhir karena proses pembuatan Penta Sodium

Triphosphate sudah selesai dan pada tahap ini hanya merupakan proses fisik saja

yaitu pendinginan, penggilingan dan pengemasan.

a. Pendinginan

Penta Sodium Triphosphate yang keluar dari rotary kiln masih dalam

keadaan panas maka perlu dilakukan pendinginan agar dapat dikemas. Peralatan

yang dipakai pada proses pendinginan ini adalah rotary cooler dan udara yang

dipakai sebagai pendingin masuk ke rotary cooler pada suhu 30°C yang

dihembuskan dari blower dan udara keluar pada suhu 400°C melalui cyclone.

Pada rotary cooler ini Penta Sodium Triphosphate didinginkan secara

perlahan-lahan. Dengan adanya proses pendinginan ini diharapkan akan menstabilkan dan

pendinginan bertahap ini untuk mendapatkan kesempurnaan kejernihan produk

akhir yang seragam. Penta Sodium Triphosphate kelur dari rotary cooler pada

suhu 60°C.

b. Penggilingan

Penta Sodium Triphosphate yang telah didinginkan dengan screw

conveyor diumpankan kedalam alat penghalus, ball mill yang bertujuan untuk

menghaluskan dengn kehalusan yang diinginkan karena ketika Penta Sodium

Triphosphate keluar dari rotary cooler, bentuk dan ukurannya masih belum

beraturan.

c. Pengemasan

Setelah dimasukkan kedalam hopper storage, maka Penta Sodium

(26)

BAB III

NERACA MASSA

Kapasitas : 7575,7576 kg/jam

Proses : Kontunue

Basis perhitungan : 1 jam Satuan massa : Kg

1. Neraca massa tangki pelarutan Soda api

Masuk (kg) Keluar (kg)

Soda api padat : Soda api = H2O = H2O pelarut =

4122,0217 41,6366 2327,3414

Larutan Soda api Soda api = H2O =

4122,0217 2368,9780

Total = 6490,9997 Total = 6490,9997

2. Neraca massa tangki netralizer

Soda api dengan komposisi :

Soda api = H2O =

H3PO4 dengan komposisi : H3PO4 =

H2O =

4122,0217 2368,9780

6047,2774 2015,7591

Larutan Orthophosphat: NaH2PO4

Na2HPO4 H2O

2443,5937 5870,7956 6239.6469

(27)

3. Neraca massa Spray Dryer

Keluar ke cyclone : NaH2PO4 = Na2HPO4 = H2O uap =

24,4359 58,7080 6076,6849 Total = 6159,8288 Keluar menuju screw :

NaH2PO4 = Na2HPO4 = H2O =

2419,1578 5812,0876 162,9620 Larutan Orthophosphat :

NaH2PO4 = Na2HPO4 = H2O =

2443,5937 5870,7956 6239,6469

Total = 8394,2074 Total = 14554,0362 Total = 14554,0362

Neraca massa cyclone

Keluar menuju screw : NaH2PO4 = Na2HPO4 =

24,4359 58,7080 Total = 83,1439 NaH2PO4 =

Na2HPO4 = H2O uap =

24,4359 58,7080 6076,6849

Keluar ke udara :

(28)

4. Neraca massa Rotary Kiln

Keluar ke screw : Na5P3O10 = Na4P2O7 =

7418,7505 81,2495 Total = 7500,0000 Keluar ke cyclone :

Na5P3O10 = Na4P2O7 = H2O uap =

74,9369 0,8207 901,5938 NaH2PO4 =

Na2HPO4 = H2O =

2443,5937 5870,7956 162,9620

Neraca massa cyclone

74,9369 0,8207 Total = 75,7576 Na5P3O10 =

Na4P2O7 = H2O uap =

74,9369 0,8207 901,5938

Keluar ke udara :

(29)

5. Neraca massa Rotary Cooler

Keluar ke cyclone : Na5P3O10 = Na4P2O7 =

74,9369 0,8207 Total = 75,7576 Keluar ke screw :

Na5P3O10 = Na4P2O7 =

7418,7505 81,2495 Na5P3O10 =

Na4P2O7 =

7493,6874 82,0702

Neraca massa cyclone

74,9369 0,8207

(30)

6. Neraca massa Ball Mill

Dari Rotary Cooler : Na5P3O10 = Na4P2O7 =

7493,6874 82,0702 Total = 7575,7576 Dari Recycle screen :

1322,4154 14,4830 Total = 1336,8984

8816,1028 966,5532

(31)

BAB IV

NERACA PANAS

Proses : Kontunue

Basis perhitungan : 1 jam Basis suhu : 25 oC

1. Neraca panas tangki pelarutan Soda api

Masuk (kcal) Keluar (kcal)

H Soda api = 7316,5885 H Soda api = 51216,1198

H H2O = 208,1829 H H2O = 82914,2299

H H2O pelarut = 11636,7071 = 134130,3497

= 19161,4785 Q losses = 934085,6552

H pelarutan = 1049054,526

Total = 1068216,0048 Total = 1068216,0048

2. Neraca panas Tangki Netralizer

H Larutan Soda ap = 134130,3497 H NaH2PO4 = 19884,7438

H H3PO4 = 24840,1997 H Na2HPO4 = 46746,2099

= 158970,5493 H H2O = 218387,6412

H reaksi = 2379773,8310 = 285018,5949

Q losses = 2253725,7854

(32)

3. Neraca panas Spray Dryer

H larutan orthophosphate = 2851618,3553 H larutan orthophosphate = 299672,0172 Total heating value = 4072269,6174 H gas keluar = 3924891,0955

H udara = 30138,3119 = 4224563,1126

H fuel oil = 985,9348 Q losses = 164449,1067

Total = 4389012,2193 Total = 4389012,2193

4. Neraca panas Rotary Kiln

H larutan orthophosphate = 299672,0172 H Na5P3O10 = 1438760,5545 Total heating value = 10326864,7927 H gas keluar = 2850220,2619

H udara = 40237,4451 H reaksi = 5965079,3776

H fuel oil = 2500,2311 Q losses = 415214,2921 Total = 10669274,4862 Total = 10669274,3862

5. Neraca panas Rotary Cooler

H Na5P3O10 = 1430544,921 H Na5P3O10 = 95535,5217 H Na4P2O7 = 15761,5805 H Na4P2O7 = 1052,5995

= 96588,1211

Q losess = 1349718,3803

(33)

BAB V

SPESIFIKASI ALAT

1. Tangki Penyimpanan H3PO4 75 % (F-115)

a. Fungsi : Untuk menampung sementara larutan H3PO4 sebelum ke tangki neutralizer

b. Tipe : Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk

standard dished head dan tutup bawah berbentuk

flat

c. Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283 Grade C

d. Kapasitas : 76726,4169 cuft

e. Diameter : 40,2249 ft

f. Tinggi : 60,3373 ft

g. Tebal shell : 1,5 in

h. Tebal tutup atas : 1 in

i. Tinggi tutup atas : 5,4667 ft

j. Tebal tutup bawah : 1,5 in

k. Jumlah : 1 buah

2. Pompa H3PO4 (L-116)

a. Fungsi : Untuk mengalirkan H3PO4 75% dari tangki penampung H3PO4 ke tangki netralizer

b. Tipe : Centrifugal Pump

c. Bahan : Commercial Steel

d. Rate volumetrik : 0,0126 cuft/dt

e. Total Dynamic Head : 33,0769 ft lbf/lbm f. Effisiensi pompa : 30%

g. Effisiensi motor : 80%

h. Power : 1,0 hp

(34)

3. Belt Conveyor (J-112)

a. Fungsi : Untuk mengangkut Soda api dari gudang ke bucket elevator

b. Tipe : Troughed belt on 45o idlers with rolls of equal

length

c. Kapasitas maksimum : 32 ton/jam

d. Belt width : 14 in

e. Belt speed : 100 ft/min

f. Trough width : 9 in

g. Skirt seal : 2 in

h. Panjang belt : 55,9 ft

i. Sudut elevasi : 26,6 o j. Power : 4 hp

k. Jumlah : 1 buah

4. Bucket Elevator (J-113)

a. Fungsi : Untuk mengangkut Soda api dari belt conveyor ke

silo

b. Tipe : Centrifugal discharge bucket elevator

c. Kapasitas : 4,1637 ton/jam

d. Tinggi Elevasi : 25 ft

e. Kecepatan Bucket : 66,9159 ft/menit

f. Bucket Spasing : 12 in

g. Ukuran Bucket : 6" x 4" x 4,25"

h. Power : 1,5 hp

(35)

5. Silo (F-115)

a. Fungsi : Untuk menampung Soda api

b. Tipe : Silinder tegak dengan tutup atas plat dan tutup

bawah conis

g. Tebal shell : 1/2 in

h. Tebal tutup atas : 1/2 in

i. Tebal tutup bawah : 1/2 in

j. Tinggi tutup bawah : 9,6668 ft

k. Jumlah : 1 buah

6. Tangki Pelarutan Soda api (M-110)

a. Fungsi : Untuk melarutkan Soda api sebelum direaksikan b. Kapasitas : 82,9234 ft3

Dimensi Tangki :

c, Tipe : silinder tegak dengan tutup atas dan bawah berbentuk standard dished head

d, Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240 Grade S (Tipe 304) e, Diameter : 4,1289 ft

f, Tinggi : 6,1933 ft

g, Tebal shell : 3/16 in

h, Tinggi tutup : 0,6444 ft

(36)

Dimensi pengaduk :

a. Tipe : 6 flate blade turbin with 4 baffle

b. Diameter impeler : 1,3763 ft

c. Lebar blade : 0,2753 ft

d. Panjang balde : 0,3441 ft

e. Lebar baffle : 0,3441 ft

f. Jumlah baffle : 4 buah

g. Power motor : 8 hp

h. Jumlah pengaduk : 2 buah

Dimensi coil :

a. OD : 1,5 in

b. ID : 1,37 in

c. Flow area : 1,47 in2

d. Panjang coil : 86,5024 ft

e. Tinggi coil : 3,0517 ft

f. Jumlah lilitan : 9 buah

7. Pompa Larutan Soda Api (L-117)

a. Fungsi : Untuk mengalirkan larutan soda api dari tangki pelarutan soda api ke tangki penampung larutan

soda api

b. Tipe : Centrifugal Pump

c. Bahan : Commercial Steel

h. Power : 1,0 hp

(37)

8. Tangki Penyimpanan Larutan Soda Api (F-118)

a. Fungsi : Untuk menampung sementara larutan soda api sebelum ke tangki netralizer.

b. Tipe : silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standard dished head dan tutup bawah berbentuk flat

i. Tinggi tutup atas : 0,1834 ft

j. Tebal tutup bawah : 1/4 in

k. Jumlah : 1 buah

9. Pompa Larutan Soda Api (L-119)

a. Fungsi : Untuk mengalirkan larutan soda api dari tangki penampung larutan soda api ke tangki netralizer b. Tipe : Centrifugal Pump

h. Power : 1,0 hp

(38)

10. Tangki Netralizer (R-120)

a. Fungsi : Untuk mereaksikan larutan soda api dengan H3PO4

75%

b. Kapasitas : 94,7439 ft3

Dimensi tangki :

c. Tipe : silinder tegak dengan tutup atas dan bawah berbentuk standard dished head

d. Bahan : Stainless Steel SA 240 Grade S (Tipe 304)

h. Tinggi tutup : 0,6688 ft

i. Tebal tutup atas : 3/16 in

k. Jumlah : 4 buah

Dimensi pengaduk :

a. Tipe : 6 flate blade turbin with 4 baffle

b. Diameter impeler (Da) : 1,4388 ft

c. Lebar blade (W) : 0,2878 ft

d. Panjang balde (J) : 0,3597 ft

e. Lebar baffle (E) : 0,3597 ft f. Jumlah baffle : 4 buah

g. Effisiensi motor : 85 %

h. Power motor : 4 hp

i. Jumlah pengaduk : 2 buah

Dimensi coil :

a. OD : 1,50 in

(39)

c. Flow area : 1,4700 in2

d. Panjang coil : 179,9573 ft

e. Tinggi coil : 6,2304 ft

f. Jumlah lilitan : 17 buah

11. Pompa Penampung Larutan Orthophosphate (L-121)

a. Fungsi : Untuk mengalirkan larutan orthophosphate dari tangki netralizer ke tangki penampung larutan

orthophosphate b. Tipe : Centrifugal Pump

h. Power : 1,0 hp

i. Jumlah : 4 buah

12. Tangki Penampung Larutan Orthophosphate (F-122) a. Fungsi : Untuk menyimpan sementara larutan

orthophosphate sebelum ke spray dryer sehingga rate massa masuk spray dryer dapat terkontrol

b. Tipe : silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standard dished head dan tutup bawah berbentuk flat datar

c. Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C

(40)

h. Tebal tutup atas : 3/16 in i. Tinggi tutup atas : 0,2509 ft

k. Jumlah : 1 buah

13. Pompa Larutan Orthophosphate (L-123)

a. Fungsi : Untuk mengalirkan larutan orthophosphate dari tangki penampung ke spray dryer

b. Tipe : Centrifugal Pump

g. Effisiensi motor : 84% h. Power : 7 hp

i. Jumlah : 1 buah

14. Spray Dryer (D-210)

a. Fungsi : Mengeringkan sludge orthophosphate dari tangki penampung larutan orthophosphate

b. Tipe : silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standard dished head dan tutup bawah berbentuk

konis

c. Bahan : Stainless Steel SA 240 Grade S (Type 304)

d. Diameter : 18,7434 ft

e. Tinggi : 23,7291 ft

f. Tebal shell : 1/2 in

g. Tinggi tutup : 2,5911 ft

(41)

Dimensi atomizer :

a. Jenis : Centrifugal disk atomizer

b. Diameter nozle : 12 in ; Jumlah nozle : 752.367.762

c. Putaran Spray : 8307,8538 rpm

d. Effisiensi motor : 80% e. Power motor : 120Hp

f. Kapasitas : 14554,0362 kg/jam

g. Jumlah : 1 buah

15. Burner Spray Dryer (Q-213)

a. Fungsi : Menghasilkan gas panas yang akan dipakai dalam

spray dryer

b. Tipe : Thermal direct fired heater

c. Ukuran :

o Tinggi burner = 0,83 ft o Panjang burner = 4 ft o Exposed burner = 7 ft o Volume burner = 105 cuft o Tebal refractory brick = 30 in o Tebal isolasi = 5 in

d. Kapasitas : 24241,3699 kg/jam

e. Jumlah : 1 buah

16. Blower Burner Spray Dryer(G-212)

a. Fungsi : Untuk menghembuskan udara ke burner b. Tipe : Centrifugal blower

c. Bahan konstruksi : Carbon Steel

d. Kapasitas : 11836,1985 cuft/menit e. Effisiensi blower : 50%

f. HP shaft : 52 hp

(42)

17. Filter Udara Spray Dryer (H-211)

a. Fungsi : Menghilangkan debu dan kotoran dari udara, b. Tipe : Dry Throwaway

c. Kapasitas : 53442,5240 lb / jam

d. Ukuran : 24 x 24 in

e. Jumlah : 1 buah

18. Cyclone Spray Dryer (H-214)

a. Fungsi : Memisahkan padatan dari aliran udara panas b. Tipe : Cyclone Separator

c. Bahan Konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C

d. Kapasitas : 67620,9066 lb/jam

e. Ukuran :

o Bc = 4,6483 ft o Lc = 37,1862 ft o Dc = 18,5931 ft o Sc = 2,3241 ft o De = 9,2965 ft o Zc = 37,1862 ft o Hc = 9,2965 ft o Jc = 4,6483 ft

g. Tebal tutup atas : 1/4 in

h. Tebal tutup bawah : 1/4 in

(43)

19. Screw Conveyor Spray Dryer (J-215)

a. Fungsi : Untuk mengangkut bahan dari Spray Dryer ke

rotary kiln

b. Tipe : Plain sponts or chutes

c. Kapasitas : 178,7130 cuft/jam

d. Panjang : 20 ft e. Diameter : 6 in

f. Kecepatan putaran : 90 rpm

g. Power : 1 hp

h. Jumlah : 1 buah

20. Rotary Kiln (B-310)

a. Fungsi : Untuk kalsinasi orthophosphate serta untuk menghilangkan gas yang terkandung dalam

orthophosphate

b. Tipe : Direct Rotary Kiln

c. Bahan : Carbon Stell SA-515 Grade 55

d. Ukuran :

o Diameter shell = 6 ft o Diameter total = 8,0313 ft o Panjang shell = 90 ft o Tebal shell plate = 1/4 in

e. Effisiensi motor : 75% f. Power : 89 hp

g. Kapasitas : 8477,3513 kg/jam

h. Jumlah : 1 buah

21. Burner Rotary Kiln (Q-313)

a. Fungsi : Menghasilkan gas panas yang akan dipakai dalam rotary kiln

(44)

c. Ukuran :

o Tinggi burner = 0,83 ft o Panjang burner = 4 ft o Exposed burner = 7 ft o Volume burner = 105 cuft o Tebal refractory brick = 20 in o Tebal isolasi = 5 in

e. Jumlah : 1 buah

22. Blower Burner Rotary Kiln (G-312)

a. Fungsi : Menghembuskan udara ke burner b. Tipe : Centrifugal blower

c. Bahan konstruksi : Carbon steel

f. HP shaft : 69 hp

g. Bahan konstruksi : Carbon Steel

h. Jumlah : 1 buah

23. Filter Udara Rotary Kiln (H-311)

a. Fungsi : Menghilangkan debu dan kotoran dari udara

b. Tipe : Dry Throwaway

c. Kapasitas : 71350,7325 lb / jam d. Ukuran : 24 x 24 in

e. Jumlah : 1 buah

24. Cyclone Rotary Kiln (H-314)

(45)

d. Kapasitas : 75359,0765 lb/jam

e. Ukuran :

o Bc = 4,8529 ft o Lc = 38,8234 ft o Dc = 19,4117 ft o Sc = 2,4265 ft o De = 9,7058 ft o Zc = 38,8234 ft o Hc = 9,7058 ft o Jc = 4,8529 ft

f. Tebal shell : 3/8 in g. Tebal tutup atas : 1/4 in

i. Jumlah : 1 buah

25. Screw Conveyor Rotary Kiln (J-315)

a. Fungsi : Untuk mengangkut bahan dari Rotary Kiln ke

Rotary Cooler

g. Power : 1 hp

h. Jumlah : 1 buah

26. Rotary Cooler (B-320)

a. Fungsi : Mendinginkan Penta Sodium Triphosphate (STPP)

b. Ukuran :

o Diameter = 4 ft

(46)

o Tebal steel plate = 3 in

c. Power :55 Hp

e. Jumlah : 1 buah

27. Blower Rotary Cooler (G-322)

a. Fungsi : Untuk menghembuskan udara menuju rotary cooler

b. Tipe : Centrifugal blower

c. Bahan konstruksi : Carbon Steel

f. HP shaft : 32 hp

g. Jumlah : 1 buah

28. Filter Udara Rotary Cooler (H-321)

a. Fungsi : Menghilangkan debu dan kotoran dari udara b. Tipe : Dry Throwaway

c. Kapasitas : 32297,7221 lb / jam d. Ukuran : 24 x 24 in

e. Jumlah : 1 buah

29. Cyclone Rotary Cooler (H-323)

c. Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C

d. Kapasitas : 32470,6277 lb/j

e. Ukuran :

(47)

o Sc = 5,9664 ft o De = 23,8655 ft o Zc = 95,4621 ft o Hc = 23,8655 ft o Jc = 11,9328 ft

g. Tebal tutup atas : 3/4 in

i. Jumlah : 1 buah

30. Screw Conveyor Rotary Cooler (J-324)

a. Fungsi : Untuk mengangkut bahan dari Rotary Cooler ke

Ball Mill

d. Panjang : 20 ft

e. Diameter : 6 in

f. Kecepatan putaran : 90 rpm g. Power : 1 hp

h. Jumlah : 1 buah

31. Ball Mill (C-330)

a. Fungsi : Untuk memperkecil ukuran dari 150 mesh menjadi

200 mesh

b. Type : Marcy Ball Mill c. Diameter Mill : 7 ft

d. Panjang Mill : 5 ft

e. Bahan Mill : Carbon steel

f. Diameter Ball : 0,4295 in

g. Bahan ball : steel ball

(48)

i. Power : 130 Hp

j. Kapasitas : 214 ton/hari

k. Jumlah : 1 buah

32. Screen (H-331)

a. Fungsi : untuk memisahkan Penta Sodium Triphosphate yang berukuran 200 mesh

b. Tipe : High Speed Vibrating Screen

c. Kecepatan vibrasi : 3600 vibrasi / menit

d. Ukuran : 97 x 120 in

e. Power : 4 Hp

f. Kapasitas : 214 ton/hari

g. Jumlah : 1 buah

33. Bucket Elevator (J-333)

a. Fungsi : Untuk mengangkut produk Penta Sodium Triphosphate dari screen ke ball mill b. Tipe : Centrifugal discharge bucket elevator c. Bahan : Carbon Steel

d. Kapasitas : 1,3369 ton/jam

e. Tinggi Elevasi : 25 ft

f. Kecepatan Bucket : 21,4859 ft/menit

g. Bucket Spasing : 12 in

h. Ukuran Bucket : 6" x 4" x 4,25"

i. Power : 1,5 hp

j. Jumlah : 1 buah

34. Belt conveyor (J-334)

(49)

b. Tipe : Troughed belt on 45o idlers with rolls of equal

length

c. Kapasitas maksimum : 32 ton/jam

d. Belt width : 14 in

e. Belt speed : 100 ft/min

f. Trough width : 9 in

g. Skirt seal : 2 in

h. Panjang : 55,9 ft

i. Sudut elevasi : 26,6 o j. Power : 4 hp

k. Jumlah : 1 buah

35. Screw Conveyor (J-332)

a. Fungsi : Untuk mengangkut Penta Sodium Triphosphate dari screen ke bucket elevator

g. Power : 12 hp

h. Jumlah : 1 buah

36. Bucket Elevator (J-335)

a. Fungsi : Untuk memindahkan produk Penta Sodium

Triphosphate dari ball mill ke tangki penyimpanan b. Tipe : Centrifugal discharge bucket elevator

c. Bahan : Carbon Steel

d. Kapasitas : 8,9127 ton/jam

e. Tinggi Elevasi : 25 ft

(50)

g. Bucket Spasing : 12 in h. Ukuran Bucket : 6" x 4" x 4,25"

i. Power : 2 hp

j. Jumlah : 1 buah

37. Hopper (F-336)

a. Fungsi : Untuk menampung produk Penta Sodium Triphosphate

b. Tipe : Silinder tegak dengan tutup atas plat dan tutup bawah conis

j. Tinggi tutup bawah : 12,4522 ft

(51)

BAB VI

PERANCANGAN ALAT UTAMA

1. Spray Dryer (D-210)

Fungsi : Mengeringkan sludge orthophosphate dari tangki netrallizer

Tipe : Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standard diskhrad dan tutup

bawah berbentuk konis.

Kondisi operasi :

P = 1 atm

Suhu gas panas masuk = 500 °C

Suhu gas panas keluar = 200 °C

Humidity gas masuk = 0,027 lb H2O / lb gas kering (Perry 6th ed.:1984)

Humidity gas keluar = 0,152 lb H2O / lb gas kering (Perry 6th ed.:1984)

Perhitungan :

A. Menentukan Volume Spray Dryer :

Volume spesifik gas masuk :

V = 0,0405 (460-t) x (0,622 + H)

V = 0,0405 (460 + 932)x(0,622 + 0,027)

V = 36,5880 cuft/lb Gas panas

500 oC

Produk 170 oC Gas panas

keluar 200 oC Feed Masuk

(52)

Volume spesifik gas keluar :

V = 0,0405 (460 - t) x (0,622 + H)

V = 0,0405 (460 + 392) x (0,622 + 0,027)

V = 26,7076 cuft/lb

lb cuft rata

Vrata 31.6478 /

2

7076 , 26 5880 , 36

 

 

Rate volumetrik gas rata – rata = 900,4780 x 31,6478 = 28498,1789 cuft/menit

Waktu kontak gas dengan liquida tidak lebih dari 30 detik dengan aliran

coentercurent (Perry 6th ed.:1984)

Ditetapkan θ = 15 detik = 0,25 detik

Volume drying number 14249,0895 x 0,25 = 3562,2724 cuft = 3562 cuft

Volume bagian I :

V1 = (π/4) x D2 x 0,4 D = 0,1 π D3

Volume bagian II :

V2 = (π/4) x (D2) x 1/3 t

t = D/(2 x tg 30°) = 0,8660 D

V2 = πD2/12 x 0,866 D = 0,0722 πD3

V total = V1 + V2

V total = 0,1πD3 + 0,0722 πD3 = 0,1722 πD3

Volume drying chamber = Vtotal

3562 = 0,172 πD3

D = 18,7434 ft

Tinggi bagian I :

t1 = 0,4D

t1 = 0,4 x 18,7434 = 7,4973 ft

Tinggi bagian II :

t2 = 0,866 D

t2 = 0,866 x 18,7434 = 16,2318 ft

Tinggi total = t1 + t2

(53)

B. Menentukan Tekanan desain (Pd) :

Karena tekanan operasi adalah tekanan atmosfer, maka tekanan desain

hanya di tentukan oleh tekanan hidrostatiknya.

P udara panas = P1/T1 = P2/T2

P udara panas : 1,6700 atm = 24,54522 psi = 24,5422 psi

Pd : ((14,7 – 14,7) + 24,5422) x 1,1 = 26,9964 psi

C. Menentukan Tebal Spray dryer : 1. Tebal bagian silinder

Dipergunakan bahan konstruksi yang terbuat dari stainless steel dengan

spesifikasi SA 240 Grade S (Tipe 304) (Brownell:1952) f allowable = 18750 ; C =

0,1250 in

Sambungan las dengan tipe double welded butt joint efisiensi las, E = 0,8

C xPd fxE x PdxDi t    ) 6 , 0 (

2 (Brownell:1952)

1250 , 0 )) 9964 , 26 6 , 0 ( ) 8 , 0 18750 (( 2 9204 , 224 9964 , 26    x x x x

t = 0,3276 in = ½ in

2. Tebal tutup bawah

Dengan > 30°, maka dipilih α = 60°

C xP fxe xCos PxDi t    ) 6 , 0 (

2  (Brownell:1952)

1250 , 0 )) 9964 , 26 6 , 0 ( ) 8 , 0 18750 (( 60 2 9204 , 224 9964 , 26    x x xCos x

t = 0,5302 in = 3/4 in

Tinggi dish (hd) :

Hd = L – [L2 – (D2/4)]0,5

Dimana L = crown radius = D – 6” =224,9204 – 6 = 218,9204

Hd = 31,0938 in = 2,5911 ft

3. Tebal tutup atas

Diasumsikan tebal tutup atas sama dengan tebal shell untuk memudahkan proses

pengelasan

(54)

Hs = Tinggi shell + tinggi standard dished head

Hs = 23,7291 + 2,5911 = 26,3203 ft

D. Atomizer Spray Dryer :

Direncanakan menggunakan :

- Disk atomizer

- Diameter sentrifugal = 12 in (diameter 12 – 14 in) (Perry 5th ed.:1973)

Penentuan kecepatan putar centrifugal disk

Dimana :

Dvs = diameter partikel rata – rata, ft

r = jari – jari disk, ft

r = rate massa masuk, lb/menit ft (of wetted disk peryphery)

ρl = density liquida

N = kecepatan putaran disk, rpm

μ = viskositas liquida lb/ft menit

α = surface tension, lb/menit2 Lv = wetted disk peryphery, ft

-Ukuran partikel terbesar tidak lebih dari 35 mesh (Perry 5th ed.:1973) maka

ditetapkan D partikel = 150 mesh, maka:

Dvs = 0,0041 in = 0,000342 ft (Foust:1960)

r = ½ x 12 in = 6 in = 0,5 ft

Lv = 2Πr = 2Π x 0,5 = 3,1416 ft

Rate massa = 14554,0362 kg/jam = 32091,6498 lb/jam = 534,8608 lb/menit

r = lb/ft menit

ρL = 20,7462 kg/m3 = 1,2951 lb/cuft; µL = 0,28;cp = 0,0113 lb/ft menit

Pers. Macleod & Suclen (Perry 6th ed.:1984)

α0,25

= P x (ρl – ρv)

dimana: 1 , 0 2 2 , 0 6 , 0

.

1

4

,

0



































r

Lv

l

r

N

r

x

r

Dvs





(55)

P = parachor (Perry 6th ed.,1984)

ρl = density liquda, mol/cm3

ρv = density vapour, mol/cm3

α = Surface tension, dyne/cm

P = 15,5 + 19,8 = 35,3

ρl = mol/cm3

ρv diabaikan kecil dibanding ρl

α0,25

= 35,3 x 0,0012

α = 0,0000027 dyne/cm

α= lb/menit2

N = 8307,8538 rpm

Diambil N = 8308 rpm (range kecepatan putar yang diijinkan yaitu 3000-50000

rpm) (Perry 6th ed.:1984)

Power motor penggerak centrifugal disk = 1,04 x 10-8 x (r x N)2 x W

Dimana:

P = Power, Hp

r = jari-jari centrifugal disk, ft

N = putaran disk, rpm

W = Feed rate, lb/menit

r = 0,5 ft

N = 8308 rpm

W = 534, 8608 lb/menit

P = 1,04 x 10-8 x (0,5 x 3644)2 x 355,7653 = 95,9825 Hp

Efisiensi motor = 80% (Perry 6th ed.:1984)

Power motor 95,9825/80% = 119,9781 Hp

Dipakai motor = 120 Hp

0012 , 0 100 18 7462 , 20  x 0000217 , 0 5924 , 453 60 0000027 , 0 2  x 1 , 0 2 2 , 0 6 , 0 2511 , 170 1416 , 3 2151 , 1 0000217 , 0 2511 , 170 0113 , 0 2151 , 1 2511 , 170 4 , 0 5 , 0 00034 , 0            

 x x

(56)

Vol. Partikel = (4/3)*3,14*((Dvs/2)3)

= (4/3)*3,14*((0,000342/2)3) = 2 x 10-11 cuft

Luas disk nozzle = 3,14*((Diameter sentrifugal disk/2)2)

= 3,14*((12/2)2) = 113 in2

Luas tutup = 3,14*((Diameter drying chamber/2)2)

= 3,14*((18,7434/ 2)2) = 39712,5285 in2

Asumsi spasi = luas 1 disk, jadi jumlah disk nozzle

= (ρL/vol.partikel)2 = (1,2951/2x10-11)/2 = 175,7

Berat tiap partikel = L disk nozle * L tutup = 113 * 39712,5285 = 3 x 10-11

Asumsi 1 putaran 1 partike yang dihasilkan jadi,

Berat partikel/menit = berat tiap partikel * N

= 3 x 10-11 x 26297 = 7,10903 x10-7 lb/menit

Luas partikel = 3,14 * ((Dvs/2)2) = 3,14 * ((0,000342/2)2) = 0,000013196 in2

Jumlah nozzle pada spray dryer 1 = rate massa / berat partikel per menit

= 534,8608 / 7,10903 x 10-7 = 752.367.762

Jumlah lubang disk nozle = vol. Partikel / rate massa

= 2x10-11 / 534,8608 = 8566330

Jumlah nozzle pada 1 disk nozle = jumlah lubang + spasi

= 752.367.762/2 = 4283165

Jumlah nozzle pada spray dryer 2 = Jumlah nozzle pada 1 disk nozle *jumlah disk

nozle = 4283165 * 175,7 = 752.367.762

Dilakukan trial agar nilai Jumlah nozzle pada spray dryer 1 sama dengan Jumlah

nozzle pada spray dryer 2 dan nilai N berubah menjadi 26297 yang awalnya 8308

rpm.

Spesifikasi :

Fungsi : Mnegeringkan sludge orthophosphate dari tangki

penampung larutan orthophosphate

Tipe : Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standard

dished head dan tutup bawah berbentuk konis

Diameter : 18,7434 ft

(57)

Tebal shell : ½ in

Tinggi tutup : 2,5911 ft

Tinggi tutup atas : ½ in

Tinggi tutup bawah : 3/4 in

Bahan : stainless steel SA 240 grade S (tipe 304)

Jumlah : 1 buah

Dimensi atomizer :

Jenis : centrifugal disk atomizer

Diameter nozle : 12 in ; Jumlah nozzle pada spray dryer : 752.367.762

Putaran spray : 8307,8538 rpm

Effisiensi motor : 80%

Power motor : 120 Hp

(58)

2. Rotary Kiln (B-310)

Fungsi : Untuk kalsinasi orthophosphate serta untuk menghilangkan gas

yang terkandung dalam orthophosphate.

Tipe : Direct Rotary Kiln

Kondisi operasi :

Rate feed : 8477,3513 kg/jam

Rate produk : 7575,7576 kg/jam

Suhu udara masuk = t1 = 800°C = 1472°F

Suhu feed masuk = t2 = 170°C = 338°F

Suhu udara keluar = t3 = 300°C = 572°F

Suhu produk masuk = t4 = 600°C = 1112°F

Perhitungan :

A. Perhitungan diameter dan panjang

D =

Dimana : Mc = rate flue gas, lb/jam Feed

Gas panas

Produk H2O uap

G Mc

4

(59)

G = rate flue gas, 200-10000 lb/jam ft2. Diambil G = 2900

lb/jam ft2

Mc = 3319,1006 kg/jam = 73204, 0168 lb/jam

Diameter rotary kiln : D = = 5,6692 ft = 6 ft

Dari tabel (Ulrich:1984) diperoleh L/D = 10 - 40

Ditetapkan L/D = 15 maka panjang rotary kilnL = 15 x 6 = 90 ft

B. Penetapan putaran rotary kiln

N =

Dimana : N = putaran rotary kiln , rpm

V = kecepatan pheripheral dari putaran kiln 0,25-0,5 m/dt

Diambil V = 0,35 m/dt = 68,897 ft/min (Perry 6th ed.:1984)

D = Diameter luar rotary kiln, ft = 5,0313 ft

Maka :

Kecepatan putar (N) = = 4,3589 rpm; dipakai N= 4 rpm

C. Penentuan waktu tinggal

θ = (Perry 6th ed.:1984)

Dimana : θ = waktu tinggal, menit

L = panjang rotary kiln, ft

D = Diameter rotary kiln, ft

S = Slope , 0-8 cm/m

diambil slope = 5 cm/m = 0,05 ft/ft (Perry 6th ed.:1984)

2900 4

0168 , 73204



xD V



0313 , 5 1416 , 3

8976 , 68

x

F xBxLxG xD

SxN

xL 0,6 23

, 0

49 ,

(60)

N = Kecepatan putaran, rpm

G = kecepatan flue gas, lb/jam.ft2

B = Konstanta material

F = Feed rate, lb/jam.ft2

B = 5 x (Dρ)-0,5 (Perry 6th ed.,1984)

Dimana : B = konstanta material

Dρ = Diameter partikel rata-rata, mikrometer

Diameter partikel 200 mesh = 0,139 min = 139 mikrometer

Maka: B = 4 x (139)-0,5 = 0,3393

F = lb/jam ft2

Maka : θ= = 113,9186 menit

Diambil waktu tinggal = 2,5 jam

D. Perhitungan tebal shell drum

Rotary drum memakai shell dari carbon steel SA 515 grade 55 dengan

stress all owable = 13700 psi (Perry 5th ed.:1973). Untuk las

dipakai double welded but joint ; dengan efisiensi : 80%,

faktor korosi (C) = 1/8

H/D = 1 (Perry 6th ed.:1984)

H = 1x D

H = 1x 6 = 6 ft

ρ = 104,5954 lb/cuft

Tekanan vertikal pada tangki:

9993 , 660 6 7854 , 0 3595 , 18689 4 _ 2

2  

_xD x

(61)

PB =

Dimana : PB = tekanan vertikal pada dasar, psi

ρB = Bulk density bahan, lb/cuft

µ’ = Koefisien gesek 0,35-0,55

diambil 0,45 (Mc. Cabe 5th ed.:1956)

k’ = ratio tekanan normal = 0,35-0,6

diambil 0,4 (Mc. Cabe 5th ed.:1956)

k’ =

0,4 =

α = 25

ZT = tinggi total material dalam tangki, ft asumsi tinggi bahan = 15% dari

Tinggi drum = 15% x 6 = 0,9 ft (Ulrich:1984)

r = jari-jari tangki, ft

D/2 = 6/2 = 3 ft

Maka :

PB =

= 88,7721 lb/ft2 = 0,6165 psi

Tekanan latelar PL = k’ x PB

= 0,4 x 0,6165 = 0,2466 psi

P design = PB + PL

P design = 0,6165 + 0,2466 = 0,8631 psi

Untuk faktor keamanan 10% digunakan tekanan = 110% x 0,8631

= 0,9494 psi

Maka: Tebal shell ; ts =



x xZ r



k c B t K

e

x

g

r

/ 2

1

2











  sin 1 sin 1     sin 1 sin 1  

  

 





2 0,45  0,9 /3



1

4

,

0

45

,

0

2

174

,

32

/

32

5954

,

104

3

x x

e

x

_



  C

Pd e f r Pd   0.,6 .

(62)

Dipakai double welded but joint, e = 80%

ts = = 0,1281 in ¼ in

E. Perhitungan drum area

ms = ρs x Vs x As

dimana : ms = rate feed = 8477,3513 kg/jam = 18689,3595 lb/jam

= 5,1919 lb/s

ρs = Densitas solid, lb/cuft

Vs = kecepatan solid = (5x 10-5) x 90 = 0,00450 ft/s (Ulrich:1984)

As = = 11,0307 ft2

At = ft2

A rata-rata = 19,6525 ft2

F. Isolasi

Batu isolasi dipakai setebal 12 in

Diameter luar rotary = 6 + 2 x /12 = 6,0313 ft

Maka diameter rotary terisolasi = 6,0313 + = 8,0313 ft

G. Perhitungan Power rotary

Hp =

Dimana : N = kecepatan putaran, rpm

d = Diameter luar kiln, ft

D = Diameter Shell = d + 2, ft

w = Berat bahan, lb

125 , 0 6 , 0 9494 , 0 8 , 0 13700 12 3 9494 , 0   x x x x 0450 , 0 5954 , 104 1919 , 5 x sxVs ms   2744 , 28 4 6 1416 , 3 4 2 2  

D x

      16 3        12 12 2x   100000 33 , 0 1925 , 0 75 ,

4 dw Dw W

(63)

W = Berat total, lb

Perhitungan berat total:

Berat Shell

Wc =

Dimana : Do = Diameter luar shell = 0,0313 ft

Di = Diameter dalam shell = 6 ft

L = panjang drum = 90 ft

ρ = densitas shell = 490 lb/cuft (Perry 6th ed.:1984)

maka Wc = = 13022,3769 lb

Berat isolasi

Wc =

Dimana : Do = Diameter luar shell = 8,0313 ft

Di = Diameter dalam shell = 6,0313 ft

L = panjang drum = 90 ft

ρ = densitas shell = 103 lb/cuft (Perry 6th ed.:1984)

maka Wc = = 204768,5063 lb

Berat bahan dalam drum.

Untuk hold up= 15% (Ulrich:1984)

Rate massa = 18689,3595 lb/jam

Berat bahan = 115% x 18689,3595 = 21492,7634 lb

Maka :

Berat total = 13022,3769 + 204768,5063+21492,7634

= 239283,6465 lb

Berat lain diasumsikan 10% = 110% + 239283,6465





.

4

2 2 _Di _L

Do 





6,0313 6



90 490 4 2 2 x x  

(64)