CONTOH KASUS Kebutuhan pupuk suatu daerah

CONTOH KASUS

Market demand  Larutan Amonium Nitrat 10.000 ton/tahun untuk pertanian

1. Kebutuhan pupuk

suatu daerah

DATA DAN INFORMASI PENDUKUNG

• Fasilitas pendukung (Air, Energy/Power, tanah, bahan baku, jalan, dll)

• Informasi teknis tentang sifat

fisik dan kimiawi tentang

bahan baku dan produk.

6 Pilihan sebagai solusi

Alternatif

1. Membeli, menimbun dan mendistribusikan pupuk amonium nitrat cair dari pabrik kimia di daerah lain 2. Membeli amonium nitrat

padat  membuat pupuk amonium nitrat cair

Syarat

Penyimpanan dan pendistribusian tidak masalah secara teknis dan ekonomis  tangki timbun; jalan raya kondisi laik

Mendisain proses pelarutan amonium nitrat dan penyimpanan

 air dan power tersedia

6 Pilihan sebagai solusi (2)

Alternatif

3. Membeli amonia (dari mobil tangki) dan mereaksikan dengan asam nitrat  pengaturan konsentrasi larutan

4. Pengembangan alternatif 3, dimana produk ditampung dalam mobil tangki kembali

Syarat

Tersedia asam nitrat didaerah tersebut

6 Pilihan sebagai solusi (2)

Alternatif

5. Membuat amonia, membeli asam nitrat dan menjual kelebihan amonia 6. Amonia dan asam nitrat

dibuat sendiri

Syarat

Bahan baku tersedia untuk pembuatan amonia

Bahan baku tersedia untuk pembuatan amonia dan asam nitrat

Untuk kasus ini yang memungkinkan:

alternatif 2 dan alternatif 5

Alternatif 2

Bongkar muat

Solid storage di

gudang

Pelarutan amonium

nitrat

Solution storage  dalam jumlah besar disimpan dalam tangki

timbun Distribusi

Amonium nitrat

padat

Air

Alternatif 5

N

²

separator

Sintesis amonium

Reaksi asam nitrat dan amonia dalam

reaktor Amonia storage Hydrocracking

Solution storage/tangki

timbun

Distribusi Udara

Metana

N² H² Energi Listrik

Steam

Asam nitrat

ANALISIS STRUKTUR INPUT- OUTPUT

Nisaul Fadilah Dalimunthe, S.T., M.Eng

STRUKTUR INPUT-OUTPUT

 Untuk memahami keputusan yang diperlukan untuk menetapkan struktur input-output suatu flowsheet, kita sering menggambar suatu kotak mengelilingi proses seluruhnya.

 Selanjutnya kita fokuskan perhatian kita pada bahan baku

yang diumpankan dan produk, by-produk yang diambil.

ATURAN dasar struktur input dan output  me-recovery (me-recycle)> 99% bahan baku yang masih berharga

1. Jauh lebih ekonomis bila membuang udara atau air daripada bahan kimia

2. Merecycle reaktan gas dan membuang (purge) gas yang tidak murni

3. Jika pemisahan menggunakan membran (murah), recycle dan purge tidak diperlukan

Proses produk

by produk umpan

aliran

Proses umpan

by produk produk aliran

purge

Keputusan yang Harus Dibuat untuk

Menetapkan Struktur Input–Output Flowsheet

1. Haruskah memurnikan aliran bahan baku sebelum diumpankan ke reactor?

2. Haruskah membuang atau mendaur ulang by- produk reversible?

3. Apakah kita memerlukan daur ulang gas dan aliran pembersihan (purge)?

4. Apakah O₂ dari udara atau air merupakan reaktan yang tidak dipulihkan (recovery) dan didaur ulang (recycle)?

5. Berapa banyak aliran produk yang akan ada/dibuat?

6. Apa variabel perancangan (desain) untuk struktur input-output?

1. PURIFIKASI UMPAN (BAHAN BAKU)

 Apakah bahan baku perlu dimurnikan sebelum diproses?  mendisain sistem pemurnian preproses.

Misalnya proses desulfurisasi untuk penghilangan sulfur untuk menghasilkan amoniak dari gas alam

 Apakah setelah produk terbentuk perlu dilakukan purifikasi melalui proses separasi?  jenis separasi belum dapat ditentukan secara detil karena belum diketahui jenis pengotor yang mungkin ada pada tahap disain ini

Desulfurizer

secondary reformer

primery reformer konversi CO

(HTSC & LTSC)

stripper absorber

CO2

metanator

refrigerant

roduk NH3

gas alam

T :28 P : 15,1

steam

udara

kompresor purge

P : 40 T: 388

P : 40 T: 621

T: 801 P: 37,2

T: 388

T: 817

T: 621

T: 1002 P : 36,2

T: 371 P : 35,9

P : 35,2 T: 223

T : 93 P : 33,8

P : 33,7 T: 117

P : 8,1 P : 110

P : 1,86 T : 38

P : 2,04 T : 126,1 T

:33,68 T : 70

P : 0,3 T : 344

T : 315,6

P: 165,8 T : 227 P : 165,8

T : 52,3

T : 459 T : 52,3

T : 30/-33 T : 37

P : 32,6

keterangan

P : tekanan (kg/cm2G) T : temperatur oC

PETUNJUK DESAIN UNTUK DIPERTIMBANGKAN PADA PROSES PURIFIKASI

1. Hilangkan pengotor dalam umpan atau proses umpan:

- Bukan inert yang terdapat dalam jumlah signifikan atau besar - Bersifat racun

2. Jika pengotor umpan dalam umpan cairan termasuk byproduk atau komponen produk, biasanya lebih baik diumpankan ke proses melewati sistem separasi.

3. Jika pengotor umpan terdapat dalam jumlah besar, hilangkan (tdk ada kriteria kuantitatif untuk mengindikasi seberapa besar).

PETUNJUK DESAIN UNTUK DIPERTIMBANGKAN PADA PROSES PURIFIKASI

4. Jika pengotor umpan hadir sebagai azeotrop dengan reaktan, sering lebik baik memproses pengotor tsb.

5. Jika pengotor umpan adalah inert namum lebih mudah memisahkannya dari produk daripada umpan, lebih baik memproses pengotor.

6. Jika pengotor umpan adalah racun katalis, hilangkan.

2. Pemulihan atau Daur Ulang By Produk Reversibel

 Contoh: Reaksi pembentukan benzen dari toluena:

 Karena reaksi kedua adalah reversibel, kita dapat mendaur ulang difenil kembali ke reaktor dalam recycle loop hingga mencapai level kesetimbangan.

 Difenil yang didaur ulang akan terdekomposisi membentuk benzene pada laju yang sama sebagaimana benzene akan menghasilkan difenil.

 Daur ulang  peralatan di recycle loop harus diperbesar

 Dihilangkan  selektivitas menurun

2 4

2

Toluene H Benzene CH 2 Benzene  Diphenyl H

  



3. DAUR ULANG GAS ATAU PEMBERSIHAN

 Suatu reaktan ringan (light reactant) dan juga pengotor umpan yg ringan atau byproduk ringan yg mendidih lebih rendah dari propilen (-55^oF, -48^oC), maka:

- Gunakan daur ulang gas dan aliran pembersihan - Separasi dengan membran

 Reaktan atau gas ringan  reaktan atau gas dengan BM rendah  umumnya gas

4. JANGAN MEMULIHKAN ATAU MENDAUR ULANG REAKTAN TAK BERHARGA



Terdapat aturan bahwa kita seharusnya memulihkan lebih dari 99% semua material yang bernilai.



Karena material seperti air dan udara kurang bernilai

daripada cairan organik, kita umumnya tidak

memulihkan atau mendaur ulang jumlah tak terkonversi

dari kedua komponen tersebut .

5. JUMLAH ALIRAN PRODUK

 Untuk menentukan jumlah aliran produk yang meninggalkan proses, pertama kali kita mendaftar semua komponen yg diharapkan meninggalkan reaktor.

 Daftar komponen ini biasanya termasuk komponen-komponen dalam aliran umpan dan semua reaktan dan produk yg nampak dalam setiap reaksi.

 Klasifikasi setiap komponen dengan memberikan kode tertentu (no aliran, no komponen)

 Kita memisahkan berdasarkan titik didih, dan mengelompokkan komponen terdekat dengan maksud sama.

“Tidak pernah bermanfaat memisahkan dua aliran dan kemudian mencampurnya bersama”

Contoh 1:

kita memiliki 10 daftar komponen berdasarkan titik didih dan dengan kode maksud. Berapa banyak aliran produk yg ada.

Komponen Maksud Komponen Maksud

A waste F Produk utama

B waste G recycle

C recycle H Recycle

D Fuel I by produk

E Fuel J Fuel

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Aliran produk adalah : 5



A + B ke pembuangan



D + E ke bahan bakar



F – produk utama ke penyimpanan untuk dijual



I – by produk 1 ke penyimpanan untuk dijual



J ke bahan bakar (J harus dipisahkan dari D dan E u memulihkan komponen F, G, H dan I, sehingga kita mengolah J aliran produk terpisah.

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Contoh 2. Berapa banyak aliran produk untuk proses HDA?

Komponent b.p. Destination code Hydrogen -253^oC recycle and purge methane -161^oC recycle and purge benzene 80^oC primary product Toluene 111^oC recycle

Diphenyl 253^oC fuel_____________

Results: three product streams (4-1=3)

Proses H₂, CH₄

Difenil Benzen Toluen

Purge: H₂, CH₄

6. EVALUASI FLOWSHEET

“ Pastikan bahwa semua produk, by- produk, dan pengotor meningggalkan

proses”

VARIABEL DESAIN, NERACA MASSA OVERALL DAN BIAYA ALIRAN

 Variabel Desain

Reaksi Komplek  konversi reaktor, rasio molar reaktan, tekanan dan suhu reaksi

Reaktan excess  Reaktan yg tdk dipulihkan atau

recycle gas dan purge

NERACA MASSA OVERALL

 Prosedur membuat neraca massa overall:

Mulai dengan laju produksi tertentu

Dari stoikiometri (dan u reaksi komplek, korelasi u distribusi produk) temukan aliran byproduk

dan kebutuhan reaktan (dalam istilah variabel desain)

Hitung aliran pengotor yg masuk dan keluar u aliran umpan dimana reaktan dipulihkan dan

didaur ulang secara lengkap

Hitung aliran keluar reaktan dalam istilah jumlah excess u aliran dimana reaktan tidak dipulihkan

dan didaur ulang (recycle dan purge atau udara dan air) Hitung aliran masuk dan

keluar untuk pengotor yg masuk dg aliran reaktan

di tahap 4

Proses HDA- Contoh

2 4

2

Toluene H Benzene CH 2 Benzene Diphenyl H

  

 

Proses HDA- Lanjutan

5 B

PH

B

Given: P 265 mol/hr benzene 7.65 10 ton/yr,

x 0.75, y 0.4, S 0.9694 (Douglas, 1988; p.521)

P 265

Freshfeed Toluene: 273.4 mol/hr

S 0.9694

Diphenyl produced: (1 ) / 2 4.2 mol/hr Ex

FT

D B

F

P P S S

  

  

  

  

1 B

2 B

1 2 B

2

4

tents: = 273.4 (P /S, toluene consumed)

=4.2 (P (1-S)/(2S), diphenyl produced;

-2 =P ) Makeup Gas:

(1 ) H :

2 CH :

G B

FH G

B

PH

P P S

y y

S S

F P





 

   

2

(1- ) (1 )

[1 (1 )(1 ) / 2] (1 )

&

( ) 2

Balance on H : purged 198.7 (1 )

reacted 2 2

B

FH PH

B PH

G B

FH PH

E PH G

G G

B B

G G

F P

y y

S

P y S S

F P

S y y S

F y P

S F

P

P

P S

S

   P

   

   



 

   69.2

2 4

2

Toluene H Benzene CH 2 Benzene Diphenyl H

  

 

Stream Tables

Stream Costs

Economic potential (EP) at level 2.

EP2= product value + by-product value - raw material costs

Remark: We have not considered the recycle cost yet.

•Summary: Flowsheet Alternatives

- purify the feed: probably not desirable

- recycle diphenyl: We must oversize all the equipment in the diphenyl-recycle loop.

- recover some hydrogen: Is justified by determining the cost of the recovery system.

THANK YOU