Bab I Pendahuluan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia sebagai negara berkembang banyak melakukan pembangunan di segala bidang. Sampai saat ini pembangunan sektor industri di Indonesia mengalami peningkatan, salah satunya adalah pembangunan sub sektor industri kimia. Namun ketergantungan impor luar negeri masih lebih besar dibandingkan ekspornya. Indonesia masih banyak mengimpor bahan baku atau produk-produk suatu industri kimia dari luar negeri.
Akibat dari ketergantungan impor ini menyebabkan devisa negara berkurang. Oleh karena itu diperlukan suatu usaha untuk menanggulangi ketergantungan terhadap impor, salah satunya adalah dengan mendirikan pabrik untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. Dengan berdirinya pabrik di Indonesia, akan menghemat devisa negara dan membuka peluang berdirinya pabrik lain yang menggunakan produk pabrik tersebut. Selain itu dapat membuka kesempatan untuk alih teknologi, membuka lapangan kerja baru dalam usaha ikut mengurangi angka pengangguran dan kemiskinan, serta meningkatkan pendapatan asli daerah setempat.
Ethylenediamine merupakan senyawa yang memiliki banyak kegunaan. Penggunaan yang utama adalah sebagai bahan baku pestisida
Bab I Pendahuluan zat aditif pada minyak pelumas dan bahan bakar, bleach activator, bahan
baku pembuatan lem dan bahan pelapis (coating). Selain itu
ethylenediamine juga digunakan untuk serat sintetik, dispersan pada detergen, serta pada industri farmasi. Penggunaan ethylenediamine dunia pada tahun 1990 sebesar 84.000 ton dan pada tahun 2003 mencapai 140.000 ton .
Dengan semakin beragam dan meningkatnya penggunaan
ethylenediamine, maka diperkirakan permintaan pasar dunia terhadap
ethylenediamine pada tahun-tahun mendatang juga akan terus meningkat. Oleh karena itu, pendirian pabrik ethylenediamine di Indonesia diharapkan memiliki masa depan yang cerah.
1.2 Kapasitas Perancangan
Kapasitas pabrik ethylenediamine ditentukan dengan didasarkan pada pertimbangan berikut :
a. Prediksi kebutuhan ethylenediamine
b. Ketersediaan bahan baku.
c. Kapasitas komersial pabrik ethylenediamine
1.2.1 Prediksi Kebutuhan Ethylenediamine
Sampai saat ini, di Indonesia belum terdapat pabrik
Bab I Pendahuluan untuk industri pestisida. Berdasarkan data Statistik Perdagangan Luar
Negeri Indonesia, impor kebutuhan ethylenediamine di Indonesia cukup banyak. Hal ini dapat dilihat pada tabel 1.1.
Tabel 1.1. Data Impor Ethylenediamine di Indonesia tahun 1997-2001
Tahun Kebutuhan (kg) Dari data Tabel 1.1. akan diperoleh grafik pada gambar :
y = -8837.1x + 2E+07
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
Tahun
Gambar.1.1. Grafik Impor Ethylenediamine di Indonesia
Bab I Pendahuluan y = -8837,1 x + 2.107
Dengan : y = jumlah impor ethylenediamine (kg/tahun) x = tahun.
Besarnya impor ethylenediamine di Indonesia untuk tahun 2012 adalah sebesar 19.000 ton, sehingga prarancangan pabrik berkapasitas 20.000 ton/tahun mampu mencukupi kebutuhan impor.
Sedangkan pabrik ethylenediamine yang sudah berdiri di dunia dapat dilihat pada tabel 1.2.
Tabel 1.2. Data Pabrik Ethylenediamine
Nama Perusahaan Lokasi Kapasitas (ton/th) Union Carbide
Bahan baku utama pembuatan ethylenediamine yang berupa
Bab I Pendahuluan Funshun Beifhang Chemical Co, Northeast China yang berkapasitas
150.000 ton/tahun. Hal ini karena di Indonesia masih belum terdapat pabrik monoethanolamine.
1.2.3. Kapasitas Ekonomis Pabrik dengan Proses yang Sama
Proses yang dipakai dalam pembuatan ethylenediamine ini adalah proses dengan bahan baku monoethanolamine dan ammonia yang
memiliki rentang kapasitas antara 10.000 sampai 82.000 ton per tahun. Kapasitas rancangan minimum pabrik ethylenediamine dapat
diketahui dari kapasitas pabrik ethylenediamine yang telah berdiri yaitu Modokemi di Stenungsund, Jerman dengan kapasitas10.000 ton per tahun.
Berdasarkan hal tersebut, maka dalam prarancangan pabrik
ethylenediamine ini ditetapkan kapasitas produksi sebesar 20.000 ton per tahun dan pabrik mulai beroperasi pada tahun 2012.
1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik
Pabrik yang akan didirikan berlokasi di kawasan industri Bontang Kalimantan Timur. Faktor – faktor yang mempengaruhi dalam pemilihan lokasi pabrik di daerah Kalimantan Timur antara lain :
1.3.1 Faktor Primer 1.3.1.1 Bahan Baku
Bab I Pendahuluan benar diperhatikan. Ammonia yang menjadi bahan baku utama
diperoleh dari PT. Pupuk Kaltim, Kalimantan Timur, sedangkan monoethanolamine diimpor dari China. Sehingga pemilihan lokasi di kawasan industri Bontang Kalimantan Timur ini diharapkan dapat menjamin kelangsungan operasi pabrik.
1.3.1.2 Pemasaran
Lokasi pabrik berada di kawasan industri sehingga merupakan area yang potensial untuk pemasaran. Selain itu lokasi yang berdekatan dengan pantai dan pelabuhan akan menguntungkan untuk keperluan ekspor produk ke luar negeri. 1.3.1.3 Utilitas
Utilitas yang dibutuhkan adalah keperluan air, listrik, dan bahan bakar. Kebutuhan air pendingin diperoleh dari laut. Kebutuhan tenaga listrik diperoleh dari generator yang dibangun sendiri serta pasokan dari PLN. Sedangkan kebutuhan bahan bakar dapat diperoleh dari Pertamina.
1.3.1.4 Tenaga Kerja
Tenaga kerja yang dibutuhkan diperoleh dari masyarakat sekitar selain tenaga ahli yang harus didatangkan dari luar wilayah.
Bab I Pendahuluan Transportasi dan telekomunikasi di kawasan industri
Bontang, Kalimantan Timur cukup baik, sehingga arus barang dan komunikasi dapat berjalan dengan lancar. Transportasi, baik darat, laut, maupun udara cukup baik dan relatif mudah diperoleh.
1.3.2. Faktor Sekunder
1.3.2.1 Kebijakan Pemerintah
Bontang merupakan kawasan industri dan berada dalam teritorial Negara Republik Indonesia sehingga secara geografis pendirian pabrik di kawasan tersebut tidak bertentangan dengan kebijakan pemerintah
1.3.2.2 Tanah dan Iklim
Penentuan suatu kawasan tentunya terkait dengan masalah tanah, yaitu tidak rawan terhadap bahaya tanah longsor, gempa, maupun banjir. Jadi pemilihan lokasi pendirian pabrik di kawasan industri Bontang sudah tepat. Kondisi iklim di Bontang seperti iklim di Indonesia pada umumnya ini tidak membawa pengaruh yang besar terhadap jalannya proses produksi.
1.3.2.3 Buangan Pabrik
Bab I Pendahuluan akan memberikan kemudahan dalam menangani masalah
limbah.
1.3.2.4 Keamanan Masyarakat
Masyarakat Bontang merupakan campuran dari berbagai suku bangsa yang hidup saling berdampingan, hal ini bukan merupakan faktor penghambat tetapi menjadi faktor pendukung pendirian suatu pabrik. Pembangunan pabrik di lokasi tersebut dipastikan akan mendapat sambutan baik dan dukungan dari masyarakat setempat, dan dapat meningkatkan taraf hidup masyarakat.
1.4 Tinjauan Pustaka
1.4.1 Macam – macam Proses Pembuatan Ethylenediamine
Ada beberapa macam proses utama yang digunakan dalam proses pembuatan ethylenediamine, yaitu:
1.4.1.1 Metode Ammonolysis Ethylene Dichloride
Bab I Pendahuluan Garam tersebut kemudian dinetralisasi, biasanya dengan larutan
soda kaustik (NaOH). Reaksi :
C2H4Cl2 (g) + 3 NH3 (g) → NH4Cl (g) + C2H4(NH2)2(g) + HCl(g)
EDC amonia amonium klorida EDA asam
klorida
Distribusi produk dapat dikendalikan dengan mengatur perbandingan mol NH3 : EDC dan me-recycle produk. Jika perbandingan mol NH3:EDC diperbesar, maka akan meningkatkan produk ethylenediamine. Namun jika perbandingan mol NH3:EDC diperkecil akan memacu terbentuknya polyethylene polyamine lain, seperti piperazine,
diethylenetriamine (DETA), amino ethyl piperazine (AEP),
triethylenetetramine (TETA) dan tetraethyilenepentamine
(TEPA). Produk-produk amina tersebut dapat dipisahkan dari campuran yang mengandung garam dengan kristalisasi disertai penguapan, ekstraksi pelarut atau kombinasi dari proses-proses tersebut. Setelah produk-produk amina dipisahkan dari garamnya, harus dimurnikan lagi dengan metode distilasi fraksional. ( Kirk Othmer, 1983)
Bab I Pendahuluan garam amonium klorida serta kesulitan untuk me-recovery
senyawa-senyawa amine dari produk larutan yang bercampur dengan asam klorida. (US.Patent No.3068290)
1.4.1.2. Metode Ammonolysis Ethylene Glicol
Ethylenediamine dapat diproduksi dengan mereaksikan
ethylene glicol dan ammonia serta hidrogen. Reaksi dilakukan pada fase cair, suhu dan tekanan tinggi pada reaktor fixed bed. Suhu reaksi antara 220oC sampai 270oC. Tekanan operasi harus lebih tinggi dari 1000 lb/in2, yaitu sekitar 3000 sampai 6000 lb/in2. Perbandingan mol umpan ethylene glicol dan ammonia
minimal 1:15, dan sebaiknya digunakan perbandingan 20 – 30 mol ammonia per mol ethylene glicol. Katalis yang dapat digunakan dalam proses ini adalah nikel dan tembaga. (US.Patent No.3137730)
Proses yang terjadi pada pembuatan ethylenediamine dari
ethylene glicol dan ammonia serta hidrogen adalah sebagai berikut. Umpan ethylene glicol, ammonia dan hidrogen dengan perbandingan tertentu sebelum direaksikan dalam reaktor dipanaskan terlebih dahulu dalam preheater. Selanjutnya
ethylene glicol, ammonia dan hidrogen bereaksi di dalam reaktor
Bab I Pendahuluan mengandung ethylenediamine kemudian dipisahkan di dalam
menara distilasi hingga diperoleh produk dengan kemurnian tertentu.(US.Patent No.3137730)
Keuntungan dari proses ini adalah baik reaktan, produk utama maupun produk samping tidak menimbulkan masalah korosi pada peralatan proses. Sedangkan kelemahannya adalah memerlukan tekanan operasi yang sangat tinggi, yaitu minimal 3000 psia atau sekitar 200 atm. Selain itu, dalam prosesnya memerlukan ammonia dalam jumlah yang sangat besar.
1.4.1.3. Metode Ammonolysis Monoethanolamine
Metode ini ditemukan sejak akhir tahun 1960 dan diharapkan dapat menjadi metode alternatif sebagai pengganti proses pembuatan ethylenediamine dari ethylene dichloride yang dinilai kurang menguntungkan dari segi korosivitas terhadap peralatan proses.
Pada metode ini, ethylenediamine dibuat dengan cara mereaksikan monoethanolamine dan ammonia di dalam suatu reaktor fixed bed dengan suhu dan tekanan tinggi. Reaksi ini menghasilkan ethylenediamine sebagai hasil utama dan
diethylenetriamine, piperazine serta air sebagai hasil samping. Reaksi :
H2NCH2CH2OH (g) + NH3(g) → H2NCH2CH2NH2 (g) + H2O (g)
Bab I Pendahuluan
→
H2O(g)
MEA (g) + EDA (g) → DETA (g) + H20 (g) monoethanolamine ethylenediamine diethylenetriamine air
H2NCH2CH2NH2 (g) + H2NCH2CH2NH2 (g)→HN(CH2CH2)2NH(g) +
2NH3(g)
EDA (g) + EDA (g) → PIP (g) + 2NH3 (g)
ethylenediamine ethylenediamine piperazine ammonia
Proses pembuatan ethylenediamine dari monoethanolamine
dan ammonia adalah sebagai berikut: ammonia,
monoethanolamine, aliran recycle diumpankan ke dalam suatu reaktor fixed bed fase gas. Reaksi berlangsung pada suhu sedang dan hasil keluaran reaktor mengandung produk ethylenediamine,
diethylenetriamine, piperazine, monoethanolamine dan ammonia
yang tidak bereaksi serta air.
Setelah melalui serangkaian proses pemisahan untuk memisahkan ammonia yang tidak bereaksi, produk dan reaktan dipisahkan dalam menara distilasi. Monoethanolamine
di-recycle ke reaktor sedangkan air dibuang. (Mc.Ketta,1972)
Ethylenediamine dapat dihasilkan dengan cara mereaksikan monoethanolamine dengan perbandingan mol
Bab I Pendahuluan 200-5000 psig untuk proses batch. Suhu operasi berkisar antara
100 sampai 400oC.
Jika monoethanolamine direaksikan dengan ammonia
dengan perbandingan mol paling sedikit 1:3, pada tekanan 25-1000 lb/in2, dalam suatu reaktor unggun tetap berkatalis (fixed bed catalytic) fase gas dengan sekitar 100-400oC maka akan dihasilkan produk-produk yang mengandung nitrogen. Pada kondisi tersebut monoethanolamine yang terkonversi sekitar 70 sampai 80%. Katalis yang biasa digunakan dalam proses ini adalah nickel, cobalt, dan katalis logam lain seperti platina dan
palladium. Namun, yang paling sering digunakan adalah Raney nickel dan Raney cobalt.
Berdasarkan beberapa proses pembuatan ethylenediamine, maka dipilih proses dengan bahan baku monoethanolamine dan
ammonia karena memiliki beberapa kelebihan diantaranya :
• Tidak menimbulkan korosi pada peralatan proses baik yang disebabkan oleh reaktan, produk utama maupun produk samping seperti pada metode dengan bahan baku ethylene dichloride.
• Tekanan operasi tidak terlalu tinggi dan kebutuhan ammonia
Bab I Pendahuluan 1.4.2 Kegunaan produk
Ethylenediamine dapat dimanfaatkan pada berbagai industri, baik sebagai bahan baku maupun bahan baku pendukung. Pemanfaatan ethylenediamine diantaranya adalah sebagai berikut: 1.4.2.1 Industri Pestisida
Pada industri ini, ethylenediamine digunakan sebagai bahan baku pembuatan pestisida, terutama fungisida. Beberapa jenis fungisida yang dibuat dari ethylenediamine adalah sebagai berikut:
a. Ethylene-bis-dithiocarbamate (EBDC)
Merupakan fungisida yang dibuat dengan cara mereaksikan ethylenediamine dengan carbon disulfide
dalam suasana basa dengan menambahkan natrium hidroksida.
H2NCH2CH2NH2 (l)+ CS2(l)+2NaOH(l) →(CH2NHCS2Na)2 (l) + H2O(l) b. Imidazoline
Bab I Pendahuluan 1.4.2.2 Industri pulp dan kertas
Pada industri kertas, ethylenediamine digunakan untuk delignifikasi pada proses pulping.
1.4.2.3 Industri minyak pelumas dan bahan bakar minyak
Ethylenediamine yang telah dialkilasi dapat digunakan sebagai zat aditif pada minyak pelumas dan bahan bakar minyak untuk mencegah terjadinya endapan.
Selain itu, ethylenediamine juga digunakan sebagai zat aditif pada bahan bakar mesin diesel yang berguna untuk menaikkan angka cetane sehingga dapat meningkatkan kualitas bahan bakar mesin diesel.
1.4.2.4 Industri tekstil dan serat
Pada industri tekstil dan serat, baik serat alami maupun serat sintetis, ethylenediamine digunakan sebagai bahan pendukung pada industri zat pewarna untuk serat sintetis. Selain itu ethylenediamine juga digunakan untuk meningkatkan mutu produk tekstil, misalnya sebagai bahan pengawet pada kain dan serat, menghaluskan serat wool dari kerutan serta untuk melindungi kain dan serat dari ngengat.
1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia
Bab I Pendahuluan
Monoethanolamine adalah cairan tidak berwarna, mempunyai viskositas sedang, berbau menyengat, larut dalam air dan alkohol. Monoethanolamine digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan ethyleneamines, industri kimia, industri kosmetik, industri pengolahan karet, serta industri farmasi.
a. Sifat Fisis Monoethanolamine
Rumus Molekul : C2H7NO Bentuk (pada 25oC) : Cair Berat molekul, [gr/mol] : 61,084 Titik didih (pada 1 atm), [oK] : 444,15 Titik beku (pada 1 atm), [oK] : 283,66 Densitas (pada 25 oC), [gr/ml] : 1,014 Tekanan kritis, [bar] : 68,70 Temperatur kritis, [oK] : 638,0
(Yaws, 1999)
b. Sifat Kimia Monoethanolamine
Dengan bantuan air, monoethanolamine bereaksi dengan CO2 membentuk carbamat
Bab I Pendahuluan Monoethanolamine bereaksi dengan carbon disulfide
membentuk 2-mercaptothiazoline
Reaksi antara monoethanolamine dengan asam akan membentuk garam
Monoethanolamine bereaksi dengan asam atau asam klorida membentuk amides
Monoethanolamine jika bereaksi dengan ammonia
dapat membentuk ethyleneamines.
(Ulmann,1999) 1.4.3.2 Bahan Baku Ammonia
Ammonia pada suhu kamar berbentuk gas, berbau menyengat serta mudah terserap di dalam air membentuk larutan ammonia. Penggunaan ammonia yang terbesar adalah sebagai bahan baku pupuk. Selain itu ammonia juga digunakan pada berbagai industri kimia.
a. Sifat Fisis Ammonia
Bab I Pendahuluan Viskositas gas (pada 25 C), [µp] : 101,28
Tekanan kritis, [bar] : 112,78 Temperatur kritis, [oK] : 405,65
(Yaws, 1999)
b. Sifat Kimia Ammonia
• Ammonia stabil pada temperatur sedang, tetapi terdekomposisi menjadi hidrogen dan nitrogen pada temperatur yang tinggi. Pada tekanan atmosfer dekomposisi terjadi pada 450 – 500 oC.
• Oksidasi ammonia pada temperatur yang tinggi menghasilkan nitrogen dan air.
• Reaksi antara ammonia dengan karbondioksida menghasilkan ammonium carbamat, reaksinya sebagai berikut :
2 NH3 + CO2 → NH2CO2NH4
Ammonium carbamat kemudian terdekomposisi menjadi urea dan air.
• Ammonia bereaksi dengan uap phospor pada panas yang tinggi menghasilkan nitrogen dan phospine
2 NH3 + 2 P → 2 PH3 + N2
• Ammonia bereaksi dengan uap belerang menghasilkan
Bab I Pendahuluan
anhydrous ammonia cair bereaksi menghasilkan
nitrogen sulfida.
10 S + 4 NH3 → 6 H2S+ N4S4
• Pemanasan ammonia dengan logam yang reaktif seperti magnesium menghasilkan nitride:
3 Mg + 2 NH3 → Mg3N2 + 3 H2
• Reaksi antara ammonia dengan air bersifat reversibel reaksinya adalah sebagai berikut :
NH3 + H2O NH4+ + OH
-• Kelarutan ammonia dalam air turun dengan cepat dengan naiknya temperatur
• Halogen bereaksi dengan ammonia. Chlorine dan
bromine melepaskan nitrogen dari ammonia yang berlebihan untuk menghasilkan garam-garam amonium.
• Reaksi antara ammonia dengan ethylene oxide akan membentuk mono-, di- dan triethanolamine
(Kirk &
Othmer,1983)
Bab I Pendahuluan
Ethylenediamine pada suhu kamar berbentuk cair tidak berwarna hingga kekuning-kuningan dan berbau menyengat. Bersifat basa kuat. Larut secara sempurna dalam air dan alkohol. Dalam industri kimia, ethylenediamine merupakan bahan baku pembuatan fungisida. Selain itu, ethylenediamine
banyak dimanfaatkan sebagai bahan intermediet dan bahan aditif pada berbagai industri.
a. Sifat Fisis Ethylenediamine
Rumus Molekul : C2H8N2 Bentuk (pada 25oC) : Cair Berat molekul, [gr/mol] : 60,099 Titik didih (pada 1 atm), [oK] : 390,41 Titik beku (pada 1 atm), [oK] : 284,29 Densitas (pada 25 oC), [gr/ml] : 0,983 Viskositas gas (pada 25 oC), [µp] : 72,45 Tekanan kritis, [bar] : 62,90 Temperatur kritis, [oK] : 593,0
(Yaws, 1999)
b. Sifat Kimia Ethylenediamine
Bab I Pendahuluan Ethylenediamine bereaksi dengan cepat dengan epoksi,
seperti ethylene oxide atau propilen oxide
menghasilkan campuran hydroxyalkyl. Jika
ethylenediamine direaksikan dengan etilen oxide
dengan perbandingan mol 1:4 akan menghasilkan campuran yang terdiri dari mono-, di-, tri-, dan
tetrahidroxyethyl
Ethylenediamine bereaksi dengan aziridine
menghasilkan epoxy. Distribusi produk dikendalikan oleh perbandingan mol ethylenediamine dan aziridine. Ethylenediamine bereaksi secara eksotermis dengan
aldehid menghasilkan mono- dan disubtituted imidazolidines. Distribusi produk tergantung pada stoikiometri dan kondisi reaksi.
Ethylenediamine dapat bereaksi dengan formaldehid dan sodium cyanide, dalam kondisi basa, akan menghasilkan garam tetrasodium dari
ethylenediaminetetraaceticacid. Produk reaksi ini digunakan sebagai chelating agent.
Ethylenediamine bereaksi dengan carbon disulfide
Bab I Pendahuluan Ethylenediamine jika direaksikan dengan urea, diethyl
carbonate, karbondioksida, atau fosgen menghasilkan etilen urea (2-imidozolidinone)
(Kirk & Othmer, 1983) 1.4.3.4 Produk Diethylenetriamine (DETA)
Diethylenetriamine pada suhu kamar berbentuk cair berwarna kuning dan berbau menyengat dan merupakan cairan higroskopis. Larut dalam air dan hidrokarbon.
Diethylenetriamine digunakan sebagai bahan aditif pada bahan bakar minyak dan pelumas. Selain itu diethylenetriamine juga digunakan sebagai bahan intermediet dalam industri lem, pelembut serat kain dan lain sebagainya.
a. Sifat Fisis Diethylenetriamine
Rumus Molekul : C4H13N3 Bentuk (pada 25oC) : Cair Berat molekul, [gr/mol] : 103,167 Titik didih (pada 1 atm), [oK] : 482,25 Titik beku (pada 1 atm), [oK] : 234,15 Densitas (pada 25 oC), [gr/ml] : 0,954 Viskositas gas (pada 25 oC), [µp] : 62,73 Tekanan kritis, [bar] : 42,20 Temperatur kritis, [oK] : 676,0
Bab I Pendahuluan b. Sifat Kimia Diethylenetriamine
Diethylenetriamine beraksi secara eksotermal dengan aldehid menghasilkan imidazolidine.
Diethylenetriamine bereaksi dengan ethylene oxide atau propilen oxide membentuk campuran hidroxyalkyl derivative.
Diethylenetriamine bereaksi dengan aziridine
membentuk epoxide.
Diethylenetriamine bereaksi dengan asam, ester, asam anhidrid menghasilkan amidoamines dan polyamides.
(Kirk &
Othmer,1983)
1.4.3.5 Produk Air a. Sifat Fisis Air
Bab I Pendahuluan (Yaws, 1999)
1.4.4 Tinjauan Proses Secara Khusus
Reaksi antara monoethanolamine dan ammonia yang menghasilkan ethylenediamine, diethylenetriamine dan air merupakan reaksi ammonolysis.
Reaksi ammonolysis didefinisikan sebagai reaksi antara
ammonia dengan suatu senyawa, dimana ammonia bereaksi dengan suatu senyawa membentuk amida atau amina dan hasil yang lain. Reaksi ini umumnya berdasarkan adanya ikatan valensi dalam senyawa, selanjutnya terjadi penambahan rantai –NH2 pada salah satu pecahannya dan atom hidrogen pada pecahan yang lain.
Reaksi yang terjadi adalah :
H2NCH2CH2OH (g) + NH3 (g) → H2NCH2CH2NH2 (g) + H2O (g) monoethanolamine ammonia ethylenediamine air
H2NCH2CH2OH (g) +H2NCH2CH2NH2(g) → H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2(g) +
H2O(g)
monoethanolamine ethylenediamine diethylenetriamine air
Bab I Pendahuluan berkatalis. Katalis yang biasa digunakan untuk reaksi ini adalah tipe
katalis hidrogenasi seperti nikel, cobalt, platina dan palladium.
Produk yang berupa campuran ethylenediamine,
diethylenetriamine, air, dan ammonia serta monoethanolemine yang tidak bereaksi ini selanjutnya dipisahkan dalam partial condenser dan rangkaian menara distilasi untuk memperoleh produk ethylenediamine
BAB II Deskripsi Proses
BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 2.1.1 Bahan Baku
2.1.1.1 Ammonia
Bentuk : cair
Warna : tidak berwarna
Kemurnian : min 99,5% mol
Impuritas : air max.0,5% mol
(www.
pupukkaltim.com)
2.1.1.2 Monoethanolamine
Bentuk : cair
Warna : tidak berwarna
Kemurnian : min 99% berat
Impuritas : air max.1% berat
Densitas : 1,0157 gr/cm3 pada 20oC
Berat molekul : 61,084 kg/kmol
BAB II Deskripsi Proses
2.1.2 Produk
2.1.2.1 Ethylenediamine (EDA)
Bentuk : cair
Warna : tidak berwarna hingga kekuning-kuningan
Kemurnian : min 99,3% berat
Impuritas : air.0,5% berat
monoethanolamine 0,3 % berat
Densitas : 0,893 gr/cm3 pada 25oC
Berat molekul : 60,099 kg/kmol
2.1.2.2 Diethylenetriamine (DETA)
Bentuk : cair
Warna : tidak berwarna
Kemurnian : 97,6 % berat
Impuritas : monoethanolamine 2,4 % berat
Densitas : 0,954 gr/cm3 pada 25oC
Berat molekul : 103,167 kg/kmol
2.1.3 Bahan Pendukung 2.1.3.1 Katalis
BAB II Deskripsi Proses
Bentuk : butir
Ukuran partikel : 2 – 4 mm
Berat jenis (bulk) : 524,512 kg/m3
(www.acnicat.com)
2.2 Konsep Proses 2.2.1 Dasar Reaksi
Reaksi pembuatan ethylenediamine dari monoethanolamine dan
ammonia adalah sebagai berikut:
Reaksi utama :
H2NCH2CH2OH (g) + NH3 (g) → H2NCH2CH2NH2 (g) + H2O (g)
MEA (g) + NH3 (g) → EDA (g) + H2O (g)
monoethanolamine ammonia ethylenediamine air
Reaksi samping :
H2NCH2CH2OH(g)+H2NCH2CH2NH2(g)→H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2(g)+H2
O(g)
MEA (g) + EDA (g) → DETA(g) +
H2O(g)
monoethanolamine ethylenediamine diethylenetriamine
air
H2NCH2CH2NH2(g) +H2NCH2CH2NH2(g) → HN(CH2CH2)2NH(g) + 2NH3(g)
EDA (g) + EDA (g) → PIP (g) + 2NH3(g)
BAB II Deskripsi Proses
(Mc.Ketta,1977)
2.2.2 Mekanisme Reaksi
Langkah reaksi katalitik pembentukan ethylenediamine dari
monoethanolaminedan ammonia dengan katalis Raney Nickel, adalah :
1. Transfer massa (difusi) reaktan dari badan utama fluida ke
permukaan luar butir katalis.
2. Difusi reaktan dari mulut pori-pori melalui pori-pori katalis ke
permukaan dalam katalis.
3. Adsorpsi reaktan ke permukaan katalis.
4. Reaksi pembentukan produk.
5. Desorpsi produk dari dalam butir katalis ke permukaan katalis.
6. Difusi produk dari dalam butir katalis ke permukaan luar katalis.
7. Transfer massa produk dari permukaan luar butir katalis ke aliran
utama fluida (gas).
Pada reaksi heterogen fase gas yang antara monoethanolamine dan
ammonia dengan katalis Raney Nickel, mengikuti mekanisme reaksi di
permukaan dan kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh langkah transfer
massa. (Morris, 1981)
Langkah proses nomor 1, 2, 6, 7 sangat cepat dibandingkan langkah
nomor 3, 4, 5 sehingga kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh transfer
massa. Jadi langkah yang menentukan adalah reaksi pada permukaan
katalis.(Fogler, 1999)
BAB II Deskripsi Proses
1. Adsorbsi MEA di permukaan aktif katalis
MEA + S + MEA.S
CMEA.S : konsentrasi MEA yang teradsorbsi pada permukaan
katalis
PMEA : tekanan parsial MEA
k-A
BAB II Deskripsi Proses
KA : konstanta kesetimbangan adsorbsi
2. Reaksi di permukaan katalis
MEA.S + NH3 EDA.S + H2O
ks : konstanta proporsionalitas reaksi permukaan ke kanan
k-s : konstanta proporsionalitas reaksi permukaan ke kiri
BAB II Deskripsi Proses
Langkah yang menentukan : Reaksi di permukaan katalis
BAB II Deskripsi Proses
Substitusi persamaan (8) ke (7) :
BAB II Deskripsi Proses
(sesuai dengan persamaan kecepatan dan mekanisme reaksi yang
diajukan)
b. Reaksi 2
MEA (g) + EDA (g) → DETA (g) + H2O (g)
Persamaaan kecepatan reaksi :
r2 = k2 . PMEA . PEDA
1. Adsorbsi MEA di permukaan aktif katalis
BAB II Deskripsi Proses
CMEA.S : konsentrasi MEA yang teradsorbsi pada permukaan
katalis
PMEA : tekanan parsial MEA
KA : konstanta kesetimbangan adsorbsi
2. Reaksi di permukaan katalis
BAB II Deskripsi Proses
Keterangan :
rs : kecepatan reaksi di permukaan katalis
ks : konstanta proporsionalitas reaksi permukaan ke kanan
k-s : konstanta proporsionalitas reaksi permukaan ke kiri
PEDA : tekanan parsial EDA
PH2O : tekanan parsial air
CDETA.S : konsentrasi DETA yang bereaksi di permukaan katalis
BAB II Deskripsi Proses
KD : konstanta kesetimbangan desorbsi
Langkah yang menentukan : Reaksi di permukaan katalis
⎟⎟⎠
Substitusi persamaan (14) , (15), ke (13) :
BAB II Deskripsi Proses
Substitusi persamaan (8) ke (7) :
⎟⎟⎠
(sesuai dengan persamaan kecepatan dan mekanisme reaksi yang
diajukan)
2.2.3 Kondisi Operasi
Reaksi pembentukan ethylenediamine dari monoethanolamine dan
ammonia berlangsung pada suhu 235-335oC dan tekanan antara 31-33
BAB II Deskripsi Proses
masuk reaktan pada suhu 235 oC dan tekanan 33 atm dan merupakan
reaksi eksotermis. Katalis yang digunakan adalah Activated Nickel
Catalyst atau Raney Nickel. (Morris,1981)
Distribusi produk dan konversi selain ditentukan oleh suhu dan
tekanan reaktor, juga dipengaruhi oleh perbandingan mol umpan
monoethanolamine dan ammonia. Pada proses ini digunakan
perbandingan mol monoethanolamine dan ammonia 1 :5,6 , tekanan
operasi reaktor 31-33 atm dan suhu 235-335oC, maka akan diperoleh
konversi total monoethanolamine sebesar 75%, dimana diasumsikan
84% dari total monoethanolamine yang bereaksi akan berubah menjadi
ethylenediamine pada reaksi pertama dan 16% dari total
monoethanolamine yang bereaksi akan berubah menjadi
diethylenetriamine pada reaksi kedua (Morris,1981)
2.2.4 Tinjauan Termodinamika
Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan eksotermis atau
endotermis maka diperlukan perhitungan panas pembentukan standar
(∆Hfo) pada 1 atm dan 298K.
Pada 298 K:
Hf NH3 = -4590 kJ/kmol
Hf H2O = -241800 kJ/kmol
Hf EDA = -17340 kJ/kmol
BAB II Deskripsi Proses
Hf DETA = -5860 kJ/kmol
Reaksi utama :
MEA (g) + NH3 (g) EDA (g) + H2O(g)
∆Hfo298 = (Hf EDA(g) + Hf H2O(g)) - (Hf MEA (g) +Hf NH3(g) )
= ( -17340 - 241800 ) – ( -210190 - 4590 ) kJ/kmol
= -3050 kJ/kmol
Karena ∆Hfo298 negatif maka reaksi utama merupakan reaksi eksotermis.
Reaksi samping :
MEA (g) + EDA (g) DETA (g) + H2O(g)
∆Hfo298 = (Hf DETA(g) + Hf H2O(g)) - (Hf MEA (g) +Hf EDA (g) )
= (-5860 - 241800 ) – ( -210190 -17340 ) kJ/kmol
= -20130 kJ/kmol
Karena ∆Hfo298 negatif maka reaksi samping merupakan reaksi
eksotermis.
Dari kedua reaksi diatas, baik reaksi utama maupun reaksi samping
merupakan reaksi eksotermis
Sifat reaksi yang reversibel atau irreversibel dapat diketahui dari
harga konstanta kesetimbangan.
Pada 298 K :
BAB II Deskripsi Proses
∆Gf H2O = -228600 kJ / kmol
∆Gf EDA = 103220 kJ / kmol
∆Gf MEA = -106880 kJ / kmol
∆Gf DETA = 207290 kJ/ kmol
Reaksi utama :
∆G298 = (∆Gf EDA(g)+ ∆Gf H2O(g)) - (∆Gf MEA (g) + ∆Gf NH3 (g) )
= (103220-228600) – (-106880-16400)
= - 2100 kJ/kmol
Reaksi samping :
∆G298 = (∆Gf DETA(g)+ ∆Gf H2O(g)) - (∆Gf MEA (g) + ∆Gf EDA(g) )
= (207290 -228900) – (-106880 - 103220)
= -17650 kJ/kmol
G298 = - RT ln K298, maka:
ln K298 = RT G
− ∆ 298
Reaksi utama :
ln K298 = RT G
− ∆ 298
=
298 314 , 8
2100
x
BAB II Deskripsi Proses
K508 = 124991,373
Karena harga konstanta kesetimbangan (K) besar (>10), maka reaksi
bersifat irreversibel ke arah kanan.
2.2.5 Tinjauan Kinetika
Reaksi pembuatan ethylenediamine merupakan reaksi eksotermis
sehingga selama reaksi berlangsung akan terjadi pelepasan panas dan
hal ini akan mempengaruhi kecepatan reaksi. Harga konstanta kecepatan
reaksi (k) dalam pembentukan ethylenediamine mengikuti persamaan
umum kinetika menurut persamaan Arrhenius :
k = A [ exp (-E/RT)]
dengan, k = konstanta kecepatan reaksi
A = faktor tumbukan
E = energi aktivasi
T = suhu mutlak
Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi adalah :
Suhu
Semakin tinggi suhu, maka harga k (konstanta kecepatan reaksi)
akan semakin besar sehingga reaksi berjalan semakin cepat.
Katalis
Katalis juga berperan dalam menurunkan energi aktivasi sehingga
konstanta kecepatan reaksi tinggi dan reaksi dapat berjalan cepat
BAB II Deskripsi Proses
Adapun harga konstanta kecepatan reaksi pada pembuatan
ethylenediamine dari monoethanolamine dan ammonia adalah sebagai
berikut :
Untuk menghitung kecepatan reaksi, digunakan konstanta
kecepatan reaksi yang besarnya:
k1 = 4,2726*102exp ⎥
2.3 Diagram Alir dan Langkah Proses 2.3.1 Diagram Alir Kuantitatif
BAB II Deskripsi Proses
2.3.2 Diagram Alir Kualitatif
Diagram alir kualitatif dapat dilihat pada Gambar 2.2
2.3.3 Diagram Alir Proses
Diagram alir proses dapat dilihat pada Gambar 2.3
2.3.4 Langkah Proses
Proses pembuatan ethylenediamine dari monoethanolemine dan
ammonia ini dapat dibagi menjadi 3 tahapan proses, yaitu :
1. Tahap penyiapan bahan baku.
2. Tahap pembentukan produk.
3. Tahap pemurnian produk.
2.3.4.1 Tahap penyiapan bahan baku
Ammonia cair dari tangki penyimpan T-01 dengan kondisi
30oC dan tekanan 15 atm dicampur dengan ammonia recycle
dari separator S-01 dan dialirkan dengan pompa P-01 ke
vaporizer V-01 untuk diubah fasenya menjadi uap.
Monoethanolamine cair yang disimpan dalam tangki
penyimpan T-02 dengan kondisi 30oC dan tekanan 1 atm
dicampur dengan monoethanolamine recycle dari hasil atas
menara distilasi MD-02. Arus gabungan tersebut dicampur lagi
dengan monoethanolamine recycle dari separator S-02,
BAB II Deskripsi Proses
dengan pompa P-02 ke vaporizer V-02 untuk diubah fasenya
menjadi uap.
2.3.4.2 Tahap reaksi
Bahan baku ammonia dan monoethanolamine yang telah
disiapkan tersebut kemudian dicampur dengan ammoniarecycle
dari hasil atas kondenser parsial CP-01 yang telah dipisahkan
dari cairannya dengan separator S-03 dan dinaikkan tekanannya
menjadi 15 atm dengan kompresor K-02. Gas ammonia dari
kompresor dengan suhu 518,34oC ini sebelumnya bercampur
dengan umpan, digunakan sebagai pemanas pada MD-01 untuk
dimanfaatkan panasnya sehingga suhunya turun menjadi 195,25
o
C.
Arus campuran yang berupa gas dengan tekanan 15 atm dan
suhu 214,84oC tersebut kemudian ditekan dengan kompresor
K-01 untuk menyesuaikan dengan tekanan operasi reaktor yaitu 33
atm.
Gas keluar kompresor yang masih bersuhu 790oC ini
digunakan dulu sebagai pemanas pada vaporizer umpan
monoethanolamine V-02. Selanjutnya digunakan pula sebagai
pemanas di reboiler menara distilasi MD-03 dan MD-02 hingga
suhunya turun manjadi 262 oC . Untuk menyesuaikan dengan
suhu operasi reaktor, maka gas umpan ini didinginkan dengan
BAB II Deskripsi Proses
Gas yang kondisinya telah sesuai dengan kondisi operasi
reaktor ini kemudian diumpankan ke dalam reaktor. Pada reaktor
terjadi tahap pembentukan produk. Reaksi yang terjadi pada
reaktor adalah :
a. Ammonia bereaksi dengan monoethanolamine menghasilkan
ethylenediamine dan air sebagai produk samping
b. Monoethanolamine bereaksi dengan ethylenediamine
membentuk diethylenetriamine dan produk samping berupa
air.
Reaksi pembentukan ethylenediamine dari ammonia dan
monoethanolamine dilakukan pada reaktor unggun tetap dengan
satu tumpukan katalis (fixed bed singlebed) R-01. Katalis yang
digunakan adalah Raney Nickel. Umpan masuk reaktor pada
tekanan 33 atm dan suhu 235oC serta produk keluar reaktor pada
tekanan 32,9001 atm dan suhu 272,5715 oC.
2.3.4.3 Tahap Pemurnian Produk
Tahap pemurnian produk ini bertujuan untuk :
a. Memisahkan ammonia pada kondenser parsial CP-01 untuk
selanjutnya di-recycle ke reaktor.
b. Memisahkan sisa monoethanolamine dari produk
ethylenediamine dan diethylenetriamine pada menara
BAB II Deskripsi Proses
c. Mengambil dan memurnikanproduk ethylenediamine pada
menara distilasi MD-03.
Produk gas keluar reaktor dengan kondisi 32,9001 atm dan
272,5715oC ini diturunkan tekanannya menjadi 12 atm dengan
expander EX-01 dan selanjutnya digunakan sebagai pemanas
pada vaporizer umpan ammonia V-01 untuk memanfaatkan
panas sehingga suhunya turun menjadi 186,46 oC.
Gas produk reaktor ini kemudian dialirkan ke kondenser
parsial CP-01, tujuannya untuk memisahkan sisa ammonia yang
tidak bereaksi dari komponen lain. Keluaran CP-01 yang masih
berupa campuran gas dan cair diumpankan ke separator S-03
untuk memisahkan komponen condensable dan
non-condensable. Ammonia yang merupakan non-condensable gas
di-recycle sebagai umpan reaktor. Sedangkan condensable gas
yang berupa campuran ethylenediamine, diethylenetriamine, air
dan sisa monoethanolamine yang tidak bereaksi diumpankan ke
menara distilasi MD-01 setelah sebelumnya diturunkan
tekanannya dengan liquid expander EX-02 menjadi 1 atm.
Pada menara distilasi MD-01, terjadi pemisahan
ethylenediamine dan air dari monoethanolamine dan
diethylenetriamine. Hasil atas MD-01 yang mengandung
ethylenediamine dan air kemudian diumpankan ke menara
BAB II Deskripsi Proses
monoethanolamine dan diethylenetriamine diumpankan ke
menara distilasi MD-02.
Pada menara distilasi MD-02, monoethanolamine
dipisahkan dari diethylenetriamine. Hasil atas yang mengandung
sebagian besar monoethanolamine dialirkan dan dicampur
dengan fresh feed monoethanolamine sebagai umpan reaktor.
Sedangkan hasil bawah MD-02 yang berupa diethylenetriamine
dialirkan ke CO-02 untuk didinginkan sampai suhu 30oC dan
selanjutnya disimpan dalam tangki penyimpan produk samping
T-03.
Hasil atas menara distilasi MD-01 yang mengandung
ethylenediamine, monoethanolamine dan air kemudian dialirkan
ke menara distilasi MD-03. MD-03 ini berfungsi untuk
memisahkan dan memurnikan ethylenediamine sebagai produk
utama dari kandungan monoethanolamine dan air sehingga
sesuai dengan spesifikasi pasar. Hasil bawah MD-03 yang
berupa ethylenediamine sebagai porduk utama, kemudian
didinginkan dalam CO-03 sampai suhu 30oC dan selanjutnya
disimpan dalam tangki penyimpan produk T-04. Sedangkan
BAB II Deskripsi Proses
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas
2.4.1 Neraca Massa
Satuan : kg/jam
Basis : 1 jam operasi
Kapasitas produksi : 20.000 ton/tahun
Tabel 2.1 Neraca Massa Total
BAB II Deskripsi Proses
Tabel 2.2 Neraca Massa Separator I (S-01)
Input Output
Tabel 2.3 Neraca Massa Separator II (S-02)
BAB II Deskripsi Proses
6485,428 1297,086 5188,343
Total
6485,428 6485,428
Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor
Input Output Komponen
Arus 5 (kg ) Arus 6( kg )
NH3 7968,260 7071,831
H2O 16,268 1145,759
EDA 52,216 2610,815
MEA 5103,438 1273,639
DETA 21,185 1059,261
Total 13161,368 13161,368
Tabel 2.5 Neraca Massa Kondenser Parsial (CP-01)
Input Output Komponen
Arus 6 ( kg ) Arus 7 (kg ) Arus 8 ( kg )
NH3 7071,831 7071,831
H2O 1145,759 1145,759
EDA 2610,815 2610,815
BAB II Deskripsi Proses
DETA 1059,261 1059,261
13161,368 7071,831
6089,474
Total
13161,368 13161,368
Tabel 2.6 Neraca Massa Menara Distilasi I (MD-01)
Input Output Komponen
Arus 8 ( kg ) Arus 9 (kg ) Arus 10 ( kg )
H2O 1145,759 1145,759
EDA 2610,815 2558,599 52,216
MEA 1273,639 6,368 1267,271
DETA 1059,261 0,000 1059,261
6089,474 3710,726 2378,748
Total
6089,474 6089,474
Tabel 2.7 Neraca Massa Menara Distilasi II (MD-02)
Input Output Komponen
Arus 10 ( kg ) Arus 11(kg ) Arus 12 ( kg )
EDA 52,216 52,216
MEA 1267,271 1241,926 25,345
BAB II Deskripsi Proses
2378,748 1315,327 1063,421
Total
2378,748 2378,748
Tabel 2.8 Neraca Massa Menara Distilasi III (MD-03)
Input Output Komponen
Arus 9 ( kg ) Arus 13 (kg ) Arus 14 ( kg )
H2O 1145,759 1134,302 11,458
EDA 2558,599 51,172 2507,427
MEA 6,368 6,368
3710,726 1185,474 2525,253
Total
3710,726 3710,726
2.4.2 Neraca Panas
Kapasitas : 20.000 ton / tahun
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Suhu referensi : 298 OK
2.4.2.1 Neraca Panas Alat
BAB II Deskripsi Proses
Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)
Qumpan 73141,907
Q laten 982074,883
Q produk 80239,769
Q pemanas 989172,745
Total 1062314,652 1062314,652
Tabel 2.10 Neraca Panas Vaporizer II (V-02)
Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)
Qumpan 1980547,873
Q laten 3400190,553
Q produk 7962928,301
Q pemanas 9382570,981
Total 11363118,854 11363118,854
Tabel 2.11 Neraca Panas Reaktor
Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)
Qmasuk 5695567,272
Qkeluar 6058652,082
Qreaksi 363084,810
BAB II Deskripsi Proses
Tabel 2.12 Neraca Panas Kondenser Parsial (CP-01)
Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)
Q6 18489495,596
Q7 510803,324
Q8 6256,092
Qpendingin 17972436,179
Total 18489495,596 18489495,596
Tabel 2.13 Neraca Panas Separator III (S-03)
Arus Q input (kJ/jam) Qoutput (kJ/jam)
Q umpan 367442,110
Q cair 142326,907
Q gas 225115,192
Total 367442,110 367442,110
Tabel 2.14 Neraca Panas Menara Distilasi I (MD-01)
Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)
Q8 277041,745
Q9 1012679,560
Q10 902964,772
BAB II Deskripsi Proses
Qr 6107044,161
Total 1915644,332 1915644,332
Tabel 2.15 Neraca Panas Menara Distilasi (MD-02)
Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)
Q10 1207922
Q11 624612,505
Q12 394745,558
Qc -1658448,803
Qr 1469884,867
Total 1019358,063 1019358,063
Tabel 2.16 Neraca Panas Menara Distilasi (MD-03)
Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)
Q9 179285,547
Q13 368176,065
Q14 689921,687
BAB II Deskripsi Proses
Qr 8736956,460
Total 1058097,752 1058097,752
Tabel 2.17 Neraca Panas Cooler-01 (CO-01)
Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)
QFluida panas 6522733,565 5694588,516
QFluida dingin 21255722,923 22083867,971
Total 27778456,488 27778456,488
Tabel 2.18 Neraca Panas Cooler-02 (CO-02)
Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)
QFluida panas 443298,061 11273,535
QFluida dingin 11088629,489 11520654,015
Total 11531927,550 11531927,550
Tabel 2.19 Neraca Panas Coler-03 (CO-03)
Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)
QFluida panas 699724,034 36501,341
QFluida dingin 17022715,782 17685938,475
BAB II Deskripsi Proses
2.5 Layout Pabrik dan Peralatan Proses
2.5.1 Layout Pabrik
Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal
dari seperangkat fasilitas-fasiitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat
sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan
kelancaran kerja para pekerja serta keselamatan proses.
Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus
diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah
1. Pabrik ethylenediamine ini merupakan pabrik baru (bukan
pengembangan), sehingga dalam menentukan layout tidak dibatasi
oleh bangunan yang ada.
2. Berdasarkan kebutuhan ethylenediamine yang terus meningkat
maka diperlukan adanya perluasan pabrik sebagai pengembangan
pabrik masa depan.
3. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan
ledakan, maka perencanaan layout selalu diusahakan jauh dari
sumber api , bahan panas, dan dari bahan yang mudah meledak.
4. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah out door untuk
menekan biaya bangunan dan gedung
Secara garis besar layout dibagi menjadi beberapa bagian
utama, yaitu :
BAB II Deskripsi Proses
Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur
kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat
pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan
diproses serta produk yang dijual.
b. Daerah proses
Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses
berlangsung.
c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk.
d. Daerah bengkel ,gudang dan garasi.
e. Daerah utilitas
Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung
BAB II Deskripsi Proses
Skala 1:100
Keterangan gambar :
1. Pos keamanan 9. Musholla
2. Parkir Kendaraan 10. Klinik
3. Laboratorium 11. Utilitas
4. Ruang Kontrol 12. Bengkel & Peralatan
5. Safety 13. Area Perluasan
6. Taman 14. Area Produksi
7. Kantor 15. Area Bongkar Muat
8. Kantin 16. Gudang
Gambar 2.4. Layout Pabrik
BAB II Deskripsi Proses
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan layout
peralatan proses pada pabrik ethylenediamine , antara lain :
1. Aliran bahan baku dan produk
Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan
keuntungan ekonomi yang besar serta menunjang kelancaran
dan keamanan produksi.
2. Aliran udara
Aliran udara didalam dan disekitar area proses perlu
diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk
menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat
sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat
mengancam keselamatan pekerja.
3. Cahaya
Penerangan seluruh pabrik harus memadai dan pada
tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya
penerangan tambahan.
4. Lalu lintas manusia
Dalam perancangan lay out pabrik perlu diperhatikan agar
pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dangan cepat dan
mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat
proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama
BAB II Deskripsi Proses
5. Pertimbangan ekonomi
Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan
biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi
pabrik.
6. Jarak antar alat proses
Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi
tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga
apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka
kerusakan dapat dieliminasi.
Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa
sehingga :
Kelancaran proses produksi dapat terjamin.
Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia.
Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan
BAB II Deskripsi Proses
1:400
Keterangan Gambar :
T-01 : Tangki Ammonia
T-02 : Tangki Monoethanolamine
T-03 : Tangki Diethylenetriamine
T-04 : Tangki Ethylenediamine
R : Reaktor
MD-01 : Menara Distilasi I
MD-02 : Menara Distilasi II
MD-02 : Menara Distilasi III
S : Separator
V-01 : Vaporizer umpan ammonia
V-01 : Vaporizer umpan monoethanolamine
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
BAB III
SPESIFIKASI PERALATAN PROSES
Reaktor
Kode : RX
Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi monoethanolamine dengan
ammonia menjadi ethylenediamine dan diethylenetriamine
Tipe : Single-bed Catalytic Reactor
Kondisi operasi
Suhu : 235 – 272,5725 º C
Tekanan : 33 – 32,9001 atm
Waktu tinggal : 9,037 detik
Spesifikasi
Diameter : 1,376 m
Tinggi : 4,103 m
Tebal shell : 1,5 in
Jenis head : elliptical dished head
Tebal head : 2,75 in
Material : Carbon Steel SA 285 grade C
Katalis : Activated Nickel Catalyst (Raney Nickel)
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Vaporizer
Tabel 3.1. Spesifikasi Vaporizer
Kode V-01 V-02
Fungsi Menguapkan NH3
sebelum masuk reaktor
Menguapkan MEA
sebelum masuk reaktor
Jenis 1-2 Shell and TubeHE 1-2 Shell and TubeHE
Kondisi operasi
Suhu fluida dingin(ºC) 38,316 – 39,576 117,848 – 279,822
Suhu fluida panas (ºC) 219,565 – 186,461 790,207 – 557,379
Shell side
Material Carbon Steel Carbon Steel
Fluida Umpan ammonia (NH3) Umpan MEA
Kapasitas, kg/jam 1126,493 6485,428
ID shell, in 8 12
∆P (psi) 0,005 0,029
Tube side
Material Carbon Steel Carbon Steel
Fluida Umpan CP Umpan reaktor
Kapasitas, kg/jam 13161,368 13161,368
OD pipa, in 1 0,75
BWG 16 16
Susunan Triangular pitch Triangular pitch
Panjang, ft 12 12
Jumlah pipa 16 82
∆P, psi 0,079 0,037
Dirt factor 0,013 0,009
Uc (BTU / hr . Ft2 . F) 217,036 160,265
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Kondensor Parsial
Kode : CP-01
Fungsi : mengkondensasikan sebagian gas keluar reaktor
Jenis : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger
Jumlah : 1
Beban panas(kJ/jam) : 17972436,179
Sisi tube :
Material : Titanium
Fluida : air pendingin
Kapasitas (kg/jam) : 357959,612
OD pipa (in) : 1,5
BWG : 16
Susunan : Triangular pitch
Pitch : 1,875
Panjang (ft) : 12
Jumlah pipa : 206
∆P (psi) : 5,8261
Sisi shell :
Material : Titanium
Fluida : gas dari reaktor
Kapasitas (kg/jam) : 13161,368
ID shell (in) : 33
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Uc (BTU / hr . Ft . F) : 187,8980
Ud (BTU / hr . Ft2 . F) : 145,2192
Rd perhitungan : 0,0016
Rd diijinkan : 0,001
Separator
Tabel 3.2. Spesifikasi Separator
Kode S-01 S-02 S-03
Fungsi Memisahkan gas dan
cairan dari V-01
Memisahkan gas dan
cairan dari V-02
Memisahkan gas dan
cairan dari CP
Jenis Drum tegak dengan
atap berbentuk
torispherical
Drum tegak dengan
atap berbentuk
torispherical
Drum tegak dengan
atap berbentuk
torispherical
Kondisi operasi
Suhu (º C ) 39,575 117,848 41,676
Tekanan (atm) 15 15 12
Waktu tinggal(s) 600 600 600
Diameter (m) 0,457 0,457 0,889
Tinggi (m) 1,743 1,743 3,258
Tebal shell(in) 0,312 0,25 0,375
Tebal head (in) 0,312 0.25 0,375
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Kompresor
Tabel 3.3. Spesifikasi Kompresor
Kode K-01 K-02
Fungsi Menaikkan tekanan gas
recycle ammonia dari
kondenser parsial
Menaikkan tekanan gas
umpan reaktor
Tipe Kompresor sentifugal Kompresor sentifugal
Kondisi operasi :
Tekanan (atm) 12 – 15 15 – 33
Suhu (ºC ) 41,676 –518,334 214,870 – 790,186
Daya kompresor (HP) 469,502 1911,071
Expander
Tabel 3.4. Spesifikasi Expander
Kode EX-01 EX-02
Fungsi Menurunkan tekanan
gas keluar reaktor
Menurunkan tekanan
cairan keluar kondensor
parsial
Tipe Expander Gas Expander Cair
Kondisi operasi
Tekanan (atm) 33 – 12 12 – 1
Suhu (K) 282,572 – 219,564 41,676 – 41,622
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Menara Distilasi
Tabel 3.5. Spesifikasi Menara Distilasi
Kode MD-01 MD-02 MD-03
Suhu distilat(ºC) 108,368 170,578 100,458
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Bawah 0,25 0,25 0,312
Tinggi (m)
Atas 0,242 0,188 0,263
Bawah 0,303 0,238 0,417
Plate
Tipe Sieve tray Sieve tray Sieve tray
Jumlah plate 27 25 41
Feed plate ke- 17 11 22
Plate spacing (m) 0,6 0,45 0,45
Isolasi
Material Asbestos Asbestos Asbestos
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Reboiler
Tabel 3.6 Spesifikasi Reboiler
Kode RB-01 RB-02 RB-03
Jenis Kettle Reboiler Kettle Reboiler Kettle Reboiler
Kondisi operasi
Suhu fluida dingin (ºC) 175,167-185,821 204,882– 206,596 116,135- 117,775
Suhu fluida panas (ºC) 518,334- 195,258 308,889–262,180 557,329–308,889
Sisi shell
Material Carbon steel Carbon steel Carbon steel
Fluida Hasil bawah MD-01 Hasil bawah MD-02 Hasil bawah MD-03
Kapasitas (kg/jam) 2378,748 1063,421 2525,253
ID shell ( in ) 21,25 15,25 17,25
Passes 2 2 2
∆P (psi) diabaikan diabaikan diabaikan
Sisi tube
Material Carbon steel Carbon steel Carbon steel
Kapasitas (kg/jam) 7071,831 13161,368 13161,368
Fluida NH3 recycle dari
kondenser parsial Umpan reaktor Umpan reaktor
OD pipa ( in ) 1,25 2 2
BWG 16 16 16
Susunan Triangular pitch Triangular pitch Triangular pitch
Pitch, in 1,562 1,875 1,875
Panjang (ft) 12 16 16
Jumlah pipa 112 34 44
∆P (psi) 0,216 0,087 0,140
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Kondensor
Tabel 3.7 Spesifikasi Kondensor
Kode CD-01 CD-03
Fungsi Mengembunkan distilat
MD-01
Mengembunkan distilat
MD-03
Jenis 1-2 Shell and Tube HE 1-2 Shell and Tube HE
Kondisi operasi
Suhu fluida panas (ºC) 108,368 - 105,746 100,427- 100,311
Suhu fluida dingin (ºC) 35 - 47 35 - 47
Sisi shell
Material Titanium Titanium
Fluida Distilat MD-01 Distilat MD-03
Kapasitas ( kg/jam ) 3710,726 1185,474
ID shell ( in ) 13,25 23,25
∆P (psi) 0,220 0,0003
Sisi tube
Material Titanium Titanium
Kapasitas (kg/jam) 88659,555 155915,561
Fluida Air pendingin Air pendingin
OD pipa ( in ) 1,50 1,50
BWG 16 16
Susunan Triangular pitch Triangular pitch
Pitch ( in ) 1,875 1,875
Panjang ( ft ) 16 8
Jumlah pipa 22 91
∆P (psi) 1,741 2,821
Dirt factor 0,001 0,002
Uc (BTU / hr . Ft2 . F) 166,161 165,420
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Kondensor
Kode : CD-02
Fungsi : Mengembunkan distilat MD-02
Jenis : Double Pipe Heat Exchanger
Beban panas : 1658448,803 kJ/jam
Annulus side
Material : Titanium
Fluida : Distilat MD-02
Kapasitas : 1315,327 kg/jam
Tipe : 3 IPS
ID : 3,068 in
Flow area : 0,020 in2
∆P : 0,532 psi
Inner pipe side
Material : Titanium
Fluida : Air pendingin
Kapasitas : 32905,730 kg/jam
Tipe : 2 IPS
ID : 2,067 in
Flow area : 0,023 in2
Panjang pipa : 15 ft
Jumlah hairpin : 2
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Tabel 3.8 Spesifikasi Accumulator
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Tabel 3.9. Spesifikasi Cooler
Kode CO-01 CO-02
Fungsi Mendinginkan gas umpan
reaktor
Mendinginkan hasil bawah
MD-02 sebelum masuk
tangki penyimpan
Jenis Double PipeHeat Exchanger Double PipeHeat Exchanger
Beban panas(kJ/jam) 828145,049 413878,337
Sisi Annulus
Material Titanium Titanium
Kapasitas (kg/jam) 13161,368 1063,421
Fluida Umpan reaktor Hasil bawah MD-02
Tipe 4 IPS 3 IPS
ID (in) 4,062 3,068
Flow area (ft2) 0,023 0,020
∆P (psi) 0,043 0,149
Sisi Inner pipe
Material Titanium Titanium
Fluida Air pendingin Air pendingin
Kapasitas (kg/jam) 16431,449 8211,872
Tipe 3 IPS 2 IPS
ID (in) 3,068 2,067
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Panjang pipa (ft) 12 20
Jumlah hairpin 1 1
∆P (psi) 0,137 0,431
Uc (BTU/hr. ft2. F) 106,414 195,195
Ud (BTU/hr. ft2. F) 95,384 149,998
Rd perhitungan 0,0011 0,0015
Rd diijinkan 0,001 0,001
Cooler
Kode : CO-03
Fungsi : Mendinginkan hasil bawah MD-03 sebelum masuk tangki penyimpan
Jenis : 1-2Shell and Tube Heat Exchanger
Jumlah : 1
Beban panas : 604364,213 kJ/jam
Luas transfer panas : 128,773 ft2
• Sisitube
Material : Titanium
Fluida : Air pendingin
Kapasitas : 11991,353 kg/jam
t1 : 35 oC
t2 : 47 oC
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
BWG : 16
Susunan : Triangular pitch
Pitch : 1 in
Panjang : 8 ft
Jumlah pipa : 82
∆P : 1,763 psi
• Sisi shell
Material : Titanium
Fluida : Hasil bawah MD-03 yang berupa produk EDA
T1 : 116,135 oC
T2 : 30 oC
Kapasitas : 2525,253 kg/jam
ID shell : 12 in
Jarak baffle : 3,12 in
∆P : 0,986 psi
Uc : 90 BTU/hr . ft2 . F
Ud : 77 BTU/hr . ft2 . F
Rd perhitungan : 0,0019
Rd diijinkan : 0,001
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Tabel 3.10 Spesifikasi Pompa
Kode P-01 P-02 P-03
Fungsi Memompa
ammonia ke
vaporizer V-01
Memompa
monoethanolamine
ke vaporizer V-02
Memompa distilat
MD-01 sebagai
reflux
Jenis Pompa sentrifugal Pompa sentrifugal Pompa sentrifugal
Jumlah 1 1 1
Kapasitas (gpm) 10,199 28,313 22,857
Tenaga pompa (HP) 0,5 0,5 2
Tenaga motor (HP) 0,5 2 6
NPSH diperlukan (ft) 9,842 9,842 9,842
NPSH tersedia (ft) 766,247 299,717 32,734
Pipa yang digunakan
Pipa nominal (in) 1,125 2 1
Schedule Number 40 40 40
Diameter dalam ID(in) 1,38 2,067 1,049
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Kode P-04 P-05 P-06
Fungsi Memompa hasil
bawah MD-01 ke
MD-02
Memompa distilat
MD-02 sebagai
reflux
Memompa hasil
bawah MD-02 ke
tangki penyimpan
produk DETA
Jenis Pompa sentrifugal Pompa sentrifugal Pompa sentrifugal
Jumlah 1 1 1
Kapasitas (gpm) 39,677 7,911 16,671
Tenaga pompa (HP) 0,5 0,5 0,5
Tenaga motor (HP) 1 3 1
NPSH diperlukan (ft) 9,842 9,842 9,842
NPSH tersedia (ft) 73,519 19,319 57,901
Pipa yang digunakan
Pipa nominal (in) 2 0.375 1.5
Schedule Number 40 40 40
Diameter dalam ID(in) 2,067 0.493 1,38
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Kode P-07 P-08
Fungsi Memompa distilat MD-03
sebagai reflux
Memompa hasil bawah
MD-03 ke tangki penyimpan
produk EDA
Jenis Pompa sentrifugal Pompa sentrifugal
Jumlah 1 1
Kapasitas (gpm) 6,594 52,413
Tenaga pompa (HP) 1 1
Tenaga motor (HP) 5 2
NPSH diperlukan (ft) 9,842 9,842
NPSH tersedia (ft) 26,474 52,012
Pipa yang digunakan
Pipa nominal (in) 0,25 2,5
Schedule Number 40 40
Diameter dalam ID(in) 0,364 2,469
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses
Tangki Ammonia
Kode : T-01
Fungsi : menyimpan bahan baku ammonia cair selama satu bulan
Tipe : tangki berbentuk bola dengan pondasi beton
Kondisi operasi :
T : 30 oC
P : 15 atm
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 285 grade C
Dimensi
Diameter : 13,667 m
Tebal tangki : 2,5 in
Tangki Monoethanolamine
Kode : T-02
Fungsi : menyimpan bahan baku monoethanolamine cair selama satu bulan
Tipe : tangki tegak dengan dasar datar dan atap berbentuk kerucut
Kondisi operasi
T : 30 0C
P : 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 285 grade C
Dimensi :
Diameter : 18,289 m