MAKALAH STUDI KASUS OPERASI TEKNIK KIMIA III
DISTILASI
Dosen Pengampu:
Dr. Heny Dewajani, S.T., M.T.
NIP. 19700105 199702 2 001
Disusun oleh:
Maria Natasia A. K. M. (2241420092)
KELAS 3B
D-IV TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI MALANG
TA. GANJIL 2024/2025
BAB 1
DESKRIPSI PROSES
1.1 Latar Belakang
Pendirian pabrik gliserol monostearat sangat berpotensi untuk dikembangkan di Indonesia karena sampai saat ini belum ada pabrik gliserol monostearat yang didirikan di Indonesia, serta ketersediaan bahan baku dalam jumlah yang besar karena Indonesia merupakan negara terbesar penghasil CPO di dunia, yang secara tidak langsung meningkatkan nilai ekonomi dari hasil produk samping pengolahan CPO menjadi biodiesel.
Tangki penyimpanan adalah salah satu komponen penting dalam perindustrian di Indonesia, baik itu industri proses maupun industri distribusi. Penggunaan tangka penyimpanan sebagai media penampung bahan baku dan hasil produksi dirasa menjadi poin yang krusial keberadaannya dalam suatu industri. Tidak hanya menjadi tempat penyimpanan bagi produk dan bahan baku, melainkan juga dapat menjaga produk atau bahan baku dari kontaminan yang dapat menurunkan kualitas produk atau bahan baku. Pada dasarnya tangki dipakai sebagai tempat penyimpanan material baik berupa benda padat, cair, maupun gas. Salah satu tangki yang dibutuhkan pada pra rancangan pabrik gliserol monostearat adalah tangki penyimpanan gliserol.
Gliserol adalah trihidroksi alkohol yang terdiri dari tiga atom karbon dengan rumus molekul C3H8O3. Gliserol cenderung tidak mudah teroksidasi pada kondisi penyimpanan biasa, namun dapat terdekomposisi saat terjadi pemanasan. Pada produksi gliserol monostearat (GMS) ini, digunakan gliserol dari PT Wilmar II-6 dengan kandungan gliserol sebesar 99,7%
berat dan air sebesar 0,3%.
Penulisan ini bertujuan untuk merancang tangki penyimpanan gliserol agar sesuai spesifikasi yang diperlukan kapasitas produksi gliserol monostearate sebesar 1000 kg/jam.
1.2 Uraian proses yang terjadi pada tangki gliserol
Pada glycerol storage tank, gliserol dipanaskan terlebih dahulu dari ± 25 ºC hingga 135 ºC untuk menurunkan viskositas gliserol agar mudah dialirkan menuju mixing point. Tangki dilengkapi dengan coil pemanas dengan sumber panas dari high pressure steam dimana suhu glycerol dalam tangki diatur oleh thermostatic control valve. Kemudian gliserol dari tangki gliserol dipompa menuju mixing point menggunakan pompa.
1.3 Diagram blok proses
Tangki yang akan di desain adalah tangki penyimpanan Gliserol, tangki ini berfungsi untuk menampung gliserol 99,7% yang kemudian akan dinaikkan suhu nya menjadi 135oC.
Tangki ini tidak terdapat pengadukan atau reaksi.
Input serta output dari tangki gliserol yaitu sama yang berisi gliserol dan H2O.
F1
F5
F3
F12
F4 F2
F7 F6
F11
F10
F9
F8
F13
F14
F15
F16 F18
F17
Distilasi
Tangki Gliserol
Tangki As. Stearat
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Neraca massa tangki gliserol
Tabel Perbandingan komposisi bahan baku (mol)
Tabel Komponen gliserol dan BM
BM (g/mol) 284,48 256,43 BM (g/mol)
92,094 18,015 BM (g/mol)
39,99 18,015 BM (g/mol)
97,99 18,015 Komponen Asam Stearat
Komponen NaOH NaOH
Asam Stearat 92%
Asam Palmitat 8%
Komponen Gliserol
Water 0,3%
Gliserol 99,7%
48%
Water 52%
Komponen Asam Fosfat
Asam Fosfat 85%
Water 15%
Tabel Massa komponen (g) Massa Komponen (g)
Gliserol 97,32678108
Massa Total 381,6194788
Asam Stearat 261,7216
Asam Palmitat 20,5144
NaOH 1,343664
Water (NaOH tank) 0,655746
Water (glycerol tank) 0,0572877
Basis Produksi : 1000 kg/jam Perbandingan Komposisi Bahan Baku (mol)
1 1,06 0,07
Asam Stearat Gliserol NaOH
Tangki Asam Stearat
Tangki Gliserol
Input
Gliserol = 25,507 %
100 % x 1000 kg/jam = 255,0361983 kg/jam H2O = 0,015 %
100 % x 1000 kg/jam = 0,150117337 kg/jam Output
Gliserol = 25,507 %
100 % x 1000 kg/jam = 255,0361983 kg/jam H2O = 0,015 %
100 % x 1000 kg/jam = 0,150117337 kg/jam Tabel Neraca massa tangki gliserol
Komponen Input(kg/jam) Output(kg/jam) Gliserol 255,0361983 255,0361983 H2O 0,150117337 0,150117337 Total 255,1863157 255,1863157
Komponen
Gliserol 25,5036198 % 255,036198 kg/jam 1260 kg/m3 0,2024097 m3
H2O 0,01501173 % 0,15011734 kg/jam 1000 kg/m3 0,0001501 m3
255,186316 kg/jam 0,2025598 m3
Density Volume
% Komponen Neraca Massa
Total
2.2 Kolom Distilasi
Kolom distilasi adalah alat industri yang digunakan untuk memisahkan campuran cair atau uap yang mengandung dua atau lebih komponen berdasarkan perbedaan volatilitas masing-masing komponen. Proses ini meliputi pemanasan campuran sehingga komponen dengan titik didih lebih rendah diuapkan terlebih dahulu, kemudian uap tersebut dikirimkan kembali menjadi cairan. Kolom distilasi terdiri dari beberapa bagian penting, termasuk reboiler di bagian bawah, kondensor di bagian atas, dan berbagai piringan atau packing di sepanjang kolom yang memungkinkan terjadinya pertukaran panas dan massa antara fase uap dan cair. Dengan demikian, kolom distilasi berfungsi sebagai unit operasi yang efisien dalam industri kimia untuk mencampur dan menyebarkan produk berdasarkan sifat fisik dari komponen campuran.
BAB 3
DESAIN TANGKI
3.1 Desain tangki gliserol
Desain tangki gliserol dilakukan dengan menghitung volume desain, diameter tangki, design pressure, vessel thickness, design nozzle dan manhole. Perhitungan dilakukan menggunakan Microsoft excel.
Pada desain tangki gliserol ini diasumsikan waktu tinggal (τ) adalah 250 jam sehingga volume liquid yang didapatkan adalah 1519198,499 liter.
Tabel data untuk perhitungan desain tangki
Komponen Massa (kg/jam) Densitas (kg/m3) Flow rate
(m3/jam) Flow rate
(L/jam) Fraksi Massa viskositas Viskositas campuran Densitas Campuran
gliserol 7651,086 1260 6,072290476 6072,29048 0,999411734 1,49 1,489123484 1259,258785
H2O 4,50352 1000 0,00450352 4,50352 0,000588266 0,8007 0,000471024 0,588265605
total 7655,58952 6,076793996 6076,794 1 1,489594509 1259,847051
Setelah didapatkan volume total dihitung volume liquid dengan rumus:
Volume total=volume liquid 70 %
Sehingga didapatkan volume total sebesar 2170283,57 liter dari volume total tersebut didapatkan volume desain dengan rumus:
Volume desain=1,1x Vtotal
Sehingga Vdesain didapatkan sebesar 2387311,927 liter. Kemudian dilakukan perhitungan untuk diameter tangki dengan rumus:
D L=2
3
Sehingga L=3/2L dan dihitung L serta D nya dan didapatkan L sebesar 62,27577034 ft yang sudah sesuai dengan ketentuan yang ada pada buku Brownell, 1959 yaitu L yang baik berada pada rentan 6 – 64 ft. Kemudian untuk nilai D yang didapatkan sebesar 41,51718022 ft sudah sesuai juga dengan ketentuan yaitu berada pada rentan 10 – 220 ft.
Dihitung design pressure dengan Poperasi 1 atm dan over design pressure sebesar 0,05. Pdesign dihitung dengan rumus:
P design=Poperasi+5−10 %
Didapatkan Pdesign sebesar 15,4307 psi. Dilanjutkan denga menghitung vessel thickness untuk vertical, tipe tangka vertical berpondasi beton hal ini dikarenakan volume desain diatas 10000 gal, sehingga digunakan rumus:
t= PiDi 2SE−1,2Pi
Sehingga didapatkan t sebessar 0,3349 inch dengan corrosion allowance 2 mm, hal ini dikarenakan bahan gliserol tidak terlalu korosi, sehingga:
t total= t + corrosion allowance
Didapatkan t total sebesar 0,413 inch. Untuk material yang digunakan yaitu stainless steel 316 dengan suhu 135oC.
3.2 Desain Nozzle
Tabel data untuk perhitungan desain nozzle
Pada desain nozzle ini dilakukan perhitungan kecepatan fluida namun sebelum itu dilakukan perhitungan untuk luas penampang terlebih dahulu. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan kecepatan fluida sebesar 0,0003302 ft/s. Selanjutnya dilakukan perhitungan NRE dengan rumus:
Nilai NRE yang didapatkan sebesar 3835,433 dimana aliran tersebut adalah aliran turbulent, hal ini dikarenakan viskositas dari gliserol yang cukup besar. Kemudian dilakukan perhitungan nozzle dan didapatkan:
dnozzle = 0,683943911 inch
Apabila dilihat dari grafik maka diameter optimum nozzle sebesar 1 inch. Penentuan manhole dengan ketinggian tangki yaitu sebesar 62,3069 ft. Maka manhole dipilih dengan ukuran sebesar 20 inch sehingga didapatkan didapatkan equivalent pressure yaitu 23,4 psi, ketebalan cover plate untuk 20 inch manhole yaitu 1/2 inch, dan ketebalan bolting flange manhole yaitu 1/8 inch.
Pada desain nozzle ini terdapat dua nozzle aliran input dan output, namun memiliki ukuran yang sama dikarenakan bahan yang masuk dan keluar sama serta densitas dan viskositas yang sama pula.
Data Simbol Ukuran Satuan
tekanan tangki Pi 15,43074621 psi
suhu T 135 ˚F
massa m 16880,57489 lb
waktu tinggal 250 h
densitas ρ 78,65195723 lbm/ft3
viskositas μ 1,489594509 Cp
faktor korosi C 0,0787402 in
faktor pengelasan E 0,8
allowable stress S 14356 psi
Diameter Di 41,51718022 ft
Nℜ=ρDv
μ =380ρ qfm Diμ
GAMBAR HASIL DESAIN
DAFTAR PUSTAKA
Wahyudi, N. T., Ilham, F. F., Kurniawan, I., & Sanjaya, A. S. (2017). DISTILATION DESIGN TO PRODUCE A CODENSATE BY ONE STAGE METHOD. Jurnal Chemurgy, 1(2).
Muzwar, H. S., Pamososuryo, A. K., & Ekawati, E. (2015). Pemodelan Kolom Distilasi Pabrik Petrokimia dengan Menggunakan Distributed Control System. Jurnal Otomasi, Kontrol &
Instrumentasi, 6(2), 85.
Arman, M., & Prasetya, A. (2014). DESAIN SISTEM INSTRUMENTASI PROSES DISTILASI FRAKSINASI BATCH BERBASIS KENDALI SUHU. ASEAN Journal of Systems Engineering, 2(2).
