PRARANCANGAN PABRIK ASETAT ANHIDRID DARI METIL ASETAT DENGAN PROSES KARBONILASI KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN (Tugas Khusus Reaktor (RE-201))

ABSTRAK

PRARANCANGAN PABRIK ASETAT ANHIDRID DARI METIL ASETAT DENGAN PROSES KARBONILASI

KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN

Oleh

CATUR ARIES IRAWAN

Pabrik Asetat Anhidrid berbahan baku metil asetat dan karbon monoksida, akan didirikan di Bontang, Kalimantan Timur. Pabrik ini berdiri dengan mempertimbangkan ketersediaan bahan baku, sarana transportasi yang memadai, tenaga kerja yang mudah didapatkan dan kondisi lingkungan.

Pabrik direncanakan memproduksi asetat anhidrid sebanyak 20.000 ton/tahun, dengan waktu operasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Bahan baku yang digunakan adalah metil asetat sebanyak 2.261,7838 kg/jam dan karbon monoksida sebanyak 770,224 kg/jam.

Penyediaan kebutuhan utilitas pabrik metil isobutil keton berupa: pengadaan air, pengadaan steam, pengadaan listrik, kebutuhan bahan bakar, dan pengadaan udara kering.

Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) menggunakan struktur organisasi line dan staff dengan jumlah karyawan sebanyak 129 orang.

Dari analisis ekonomi diperoleh:

Fixed Capital Investment (FCI) = Rp 205.761.232.753 Working Capital Investment (WCI) = Rp 36.310.805.780 Total Capital Investment (TCI) = Rp 242.072.038.533 Break Even Point (BEP) = 38,78 %

Shut Down Point (SDP) = 23,01 %

Pay Out Time before taxes (POT)b = 1,79 years

Pay Out Time after taxes (POT)a = 2,15 years

Return on Investment before taxes (ROI)b = 38,90 %

Return on Investment after taxes (ROI)a = 31,12 %

Discounted cash flow (DCF) = 56,36 %

Mempertimbangkan paparan di atas, sudah selayaknya pendirian pabrik asetat anhidrid ini dikaji lebih lanjut, karena merupakan pabrik yang menguntungkan dan mempunyai masa depan yang baik.

ABSTRACT

MANUFACTURE OF ACETIC ANHYDRITE

FROM METHYL ACETIC WITH CARBONILATION PROCESS CAPACITY 20.000 TONS/YEAR

(Design Reactor (RE-201))

By

CATUR ARIES IRAWAN

Acetic anhydrite plant produced by reacting methyl acetic and carbon monoxide was plan to be in industrial plant in the region of Bontang in east Kalimantan Province. Plant was established by considering the availability of raw materials, transportation facilities, readily available labor and environmental conditions.

Plant's production capacity is planned 20,000 tons / year, with operating time of 24 hours / day and 330 working days in a year. The raw materials used are much methyl acetic 2.261,7838 kg / hr and carbon monoxide as 770,224 kg / hr.

Provision of utility plant needs a treatment system and water supply, steam supply systems, instrument air supply systems, and power generation systems. Labor needed as many as 129 people with a business entity form Limited Liability Company (PT) which is headed by a Director who is assisted by the Director of Production and Director of Finance with line and staff organizational structure.

From the economic analysis is obtained:

Fixed Capital Investment (FCI) = Rp 205.761.232.753 Working Capital Investment (WCI) = Rp 36.310.805.780 Total Capital Investment (TCI) = Rp 242.072.038.533 Break Even Point (BEP) = 38,78 %

Shut Down Point (SDP) = 23,01 %

Pay Out Time before taxes (POT)b = 1,79 years Pay Out Time after taxes (POT)a = 2,15 years Return on Investment before taxes (ROI)b = 38,90 % Return on Investment after taxes (ROI)a = 31,12 % Discounted cash flow (DCF) = 56,36 %

Consider the summary above, it is proper establishment of acetic anhydrite plant to studied further, because the plant is profitable and has good prospects.

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Lampung pada tanggal 7 April 1989, sebagai anak bungsu dari empat bersaudara, dari pasangan Bapak R. Prakoso dan Ibu Rumiyati.

Lulus dari Sekolah Dasar (SD) di SD Negeri 1 Bandar Sari pada tahun 2001, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP Negeri 1 Kalirejo pada tahun 2004 dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Negeri 1 Natar pada tahun 2007.

Tahun 2007, penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) 2007. Aktif di organisasi HIMATEMIA-FT Unila sebagai anggota Departemen Kaderisasi (2008).

Pada tahun 2011, penulis melakukan Kerja Praktek di PT SEMEN BATU RAJA, Batu Raja, Sumatera Selatan dengan tugas khusus “Evaluasi Kinerja Grit Separator dan Sepax Separator Pada Semen Mill Sistem”. Pada tahun 2013 melakukan penelitian dengan judul “Penentuan Periode Pencahayaan dan Penambahan Molases Optimum Pada Kultivasi Mixotrphic Tetraselmis Chuii Untuk Mendapatkan Kandungan Lipid Maksimum”.

SANWACANA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas karunia dan rahmatNya, sehingga tugas akhir ini dengan judul “Prarancangan pabrik asetat anhidrid dari metil asetat dengan proses karbonilasi kapasitas 20.000 Ton/Tahun” dapat diselesaikan dengan baik.

Tugas akhir ini disusun dalam rangka memenuhi salah satu syarat guna memperoleh derajat kesarjanaan (S-1) di Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Penyusunan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan dari beberapa pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Kedua orangtua dan keluarga yang telah memberikan cinta kasih, semangat, doa, dan bantuan materiil kepada penulis.

2. Bapak Ir. Azhar, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung.

3. Ibu Simparmin Br. Ginting, S.T.,M.T., selaku dosen pembimbing I, yang telah memberikan pengarahan, masukan, bimbingan, kritik dan saran selama penyelesaian tugas akhir. Semoga ilmu bermanfaat yang diberikan dapat berguna dikemudian hari.

4. Ibu Sri Ismiyati D, S.T., M.Eng., selaku Dosen Pembimbing II, atas ilmu, saran, masukan dan pengertiannya dalam penyelesaian tugas akhir.

5. Ibu Dr. Elida Purba, S.T., M.Sc., dan Ibu Yuli Darni, S.T., M.T., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan kritik, juga selaku dosen atas semua ilmu yang telah penulis dapatkan. Serta seluruh Dosen Teknik Kimia Universitas Lampung, atas semua ilmu dan bekal masa depan yang akan selalu bermanfaat.

6. Seluruh Dosen Teknik Kimia Universitas Lampung, atas semua ilmu dan bekal yang akan selalu bermanfaat.

7. Bapak Ir. H. Irfan Nuranda D, CES., dan Ibu Ir. Citra Persada, M.T., selaku ayah dan bunda angkat yang telah memberikan motivasi.

8. M. Fath WN, selaku patner seperjuangan dalam suka dan duka yang telah membantu penulis dalam penyelesaian laporan tugas akhir.

9. Teman-teman seperjuangan 2007 di Teknik Kimia, Adel, Agsyel, Armando, Atunk, Binur, Diki, Dinda, Erna, Fery, Indra, Ika, Kinkin, Marga, Nanda, Muti, Norma, Sulis, Weni, Yulia dan semua teman-teman 2007 lainya .

10. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.

Penulis berharap agar skripsi ini dapat diterima dan bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

Bandar Lampung, Mei 2014 Penulis,

Sebuah Karya kecilku....

Dengan segenap hati kupersembahkan tugas akhir ini kepada:

Allah SWT,

Atas kehendak-Nya semua ini ada

Atas anugerah-Nya semua ini aku dapatkan

Atas kekuatan dari-Nya aku bisa bertahan.

Orang tuaku sebagai tanda baktiku, terima kasih atas segalanya,

doa, kasih sayang, pengorbanan, dan keikhlasannya.

Ini hanyalah setitik balasan yang tidak bisa dibandingkan dengan

berjuta-juta pengorbanan dan kasih sayang

yang tidak pernah berakhir.

Guru-guruku sebagai tanda hormatku,

terima kasih atas ilmu yang telah diberikan.

Serta tak lupa kupersembahkan kepada Almamaterku tercinta,

MOTO

“

Bila manusia berusaha, maka Tuhan pasti akan

mengabulkan

”

“

Untuk hidup di dunia ini, pintar saja tidak cukup.

Tapi juga harus santun dan menghargai orang

1

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Asetat anhidrid merupakan senyawa karbon yang memiliki derajat keasaman cukup besar yang sering juga disebut sebagai asam karboksilat, serta senyawa ini memiliki gugus fungsi karboksil –COOH. Asetat anhidrid berbentuk cair dan memiliki rumus molekul C4H6O3 atau (CH3CO)2O. Sampai saat ini

Indonesia belum memiliki pabrik yang memproduksi asetat anhidrid sehingga masih harus diimpor dari negara-negara luar, seperti Australia, Amerika, Italia, Jerman dan Brazil. Melihat kebutuhan asetat anhidrid di Indonesia yang cukup besar, maka perlu didirikan pabrik asetat anhidrid di Indonesia. Dengan belum tergarapnya industri ini, ketergantungan Indonesia terhadap senyawa asetat anhidrid yang selama ini dipenuhi dengan mengimpor, diharapkan dapat terpenuhi dengan pendirian pabrik asetat anhidrid di Indonesia.

Ada beberapa faktor yang menjadi dasar pertimbangan dalam pendirian pabrik asetat anhidrid yaitu:

a. Kebutuhan akan produk-produk yang terbuat dari asetat anhidrid di Indonesia tiap tahun makin meningkat.

2

b. Ketersediaan bahan baku metil asetat dan karbonmonoksida yang cukup besar di Indonesia.

c. Dari segi sosial ekonomi, berdirinya pabrik diharapkan dapat menyerap tenaga kerja yang cukup banyak sehingga dapat menggurangi pengangguran.

d. Meningkatkan kualitas sumber daya manusia Indonesia karena berdirinya pabrik ini secara tidak langsung akan menjadi sarana teknologi dan pendidikan bagi tenaga-tenaga terampil dan ahli di Indonesia.

B. Kegunaan Produk

Asetat anhidrid biasanya digunakan dalam berbagai bidang dan industri, diantaranya :

a. Industri kertas dan tekstil

b. Bidang farmasi (pembutan aspirin) c. Industri pembutan bahan peledak d. Industri plastik

C. Analisa Pasar

1. Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan asetat anhidrid, yaitu metil asetat dan karbon monoksida. Bahan baku metil asetat dipasok dari PT. Indo Acidatama Tbk yang terletak di Jakarta (kapasitas 16.500 ton/tahun), sedangkan untuk karbon monoksida dipasok dari PT. Badak di Bontang,

3

Kalimantan Timur (kapasitas 30.000 ton/tahun). Sedangkan untuk katalis Rhodium diperoleh dari PT. South Pacific Viscose, Purwakarta. Dengan mengadakan kontrak kerjasama dengan kedua pabrik tersebut, maka diharapkan kebutuhan metil asetat dan karbon monoksida sebagai bahan baku pembuatan asetat anhidrid dapat terpenuhi.

2. Harga Bahan baku dan Produk

Berikut ini merupakan harga bahan baku dan produk pada beberapa tahun terakhir seperti yang tertera pada tabel berikut.

Tabel 1. Harga Bahan Baku dan Produk Bahan Harga (US $/kg) Harga (Rp/kg)

Metil Asetat 0,95 10.450

Karbon Monoksida 0,45 4.950 Asetat Anhidrid 2,2 24.200 Asumsi : 1 US$ = Rp. 11.000,-

Sumber: www.alibaba.com

3. Kebutuhan Pasar

Dari data Badan Pusat Statistik di Indonesia menunjukkan bahwa impor asetat anhidrid di Indonesia setiap tahunnya mengalami peningkatan. Jumlah impor asetat anhidrid di Indonesia pada beberapa tahun terakhir dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 2. Data Impor Asetat Anhidrid di Indonesia Tahun Kebutuhan (ton/tahun)

2007 4.905,81

2008 6.478,65

2009 7.573,15

2010 9.222,92

2011 13.605

4

Berdasarkan data pada Tabel 2, maka dapat dibuat persamaan regresi linier yang menyatakan hubungan antara tahun dengan jumlah impor asetat anhidrid.

Gambar 1. Impor Asetat Anhidrid di Indonesia

Persamaan garis hasil regresi linier yang diperoleh adalah sebagai berikut : y = 2014,3x + 2314,3

Pada Gambar 1 dengan menggunakan metode persamaan polinomial orde 1 diperoleh persamaan y = 2014,3x + 2314,3 dimana x adalah jumlah tahun yang dihitung. Pada tahun 2016 diperoleh data impor asetat anhidrid sebesar 22.357 ton/tahun.

Adapun data kebutuhan asetat anhidrid yang juga terus meningkat setiap tahunnya seperti yang dapat dilihat pada tabel berikut.

5

Tabel 3. Data Kebutuhan Asetat Anhidrid di Indonesia Tahun Kebutuhan (ton/tahun)

2007 7.974,49134

2008 10.640,61625

2009 14.724,613

2010 18.398,15548

2011 23.504,31

Sumber : Deperindag, 2012

Berdasarkan data pada Tabel 3, maka dapat dibuat persamaan regresi linier yang menyatakan hubungan antara tahun dengan jumlah kebutuhan asetat anhidrid.

Gambar 2. Kebutuhan Asetat Anhidrid di Indonesia

Persamaan garis hasil regresi linier yang diperoleh adalah sebagai berikut : y = 3881x +3315,8

Pada Gambar 2 dengan menggunakan metode persamaan polinomial orde 1 diperoleh persamaan y = 3881x +3315,8 dimana x adalah jumlah tahun

6

yang dihitung. Pada tahun 2016 diperoleh data kebutuhan asetat anhidrid sebesar 42.125,8 ton/tahun.

4. Kapasitas Produksi Pabrik

Kapasitas produksi suatu pabrik ditentukan berdasarkan kebutuhan produk dalam negeri, data impor, serta data produksi yang telah ada, sebagaimana dapat dilihat dari berbagai sumber, misalnya dari Biro Pusat Statistik, dari biro ini dapat diketahui kebutuhan akan suatau produk untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dari data industri yang telah ada. Berdasarkan data- data ini, kemudian ditentukan besarnya kapasitas produksi. Adapun persamaan kapasitas produksi adalah sebagai berikut :

KP = DK – DI

Dimana;

KP = Kapasitas Produksi Pada Tahun X DK = Data Kebutuhan Pada Tahun X DI = Data Impor Pada Tahun X

KP = DK – DI

KP = 42.125,8 Ton – 22.357 Ton KP = 19.768,8 Ton

Berdasarkan pertimbangan di atas dan berbagai persaingan yang akan tumbuh pada Tahun 2016 maka kapasitas pabrik asetat anhidrid ini pada tahun 2016 yaitu 19.768,8 ≈ 20.000 Ton.

7

D. Lokasi Pabrik

Secara geografis penentuan letak lokasi suatu pabrik sangat menentukan kemajuan pabrik tersebut saat produksi dan masa datang. Lokasi pendirian pabrik merupakan salah satu faktor yang penting dalam perancangan pabrik, karena sangat mempengaruhi kegiatan industri, baik didalam kegiatan produksi maupun distribusi produk untuk kelangsungan dari suatu industri baik produksi sekarang maupun untuk masa yang akan datang seperti, perluasan pabrik, daerah pemasaran produksi, penyediaan bahan baku dan lain-lain, harus mendapat perhatian khusus dalam pendirian suatu pabrik. Oleh karena itu pemilihan lokasi yang tepat dari pabrik akan menghasilkan biaya produksi dan distribusi yang seminimal mungkin.

Pabrik Asetat Anhidrid dengan kapasitas 20.000 ton/tahun ini

direncanakan didirikan di daerah Bontang, Provinsi Kalimantan Timur. Dasar pertimbangan dalam pemilihan lokasi pabrik sebagai berikut : 1. Penyediaan bahan baku

Bahan baku berupa Karbon Monoksida dipasok dari Bontang, Profinsi Kalimantan Timur dekat dengan lokasi pabrik yang akan didirikan. 2. Penyediaan utilitas

Air, listrik dan bahan bakar di daerah ini mudah diperoleh. Kebutuhan air untuk proses dan keperluan lainnya tersedia dari sumber air di daerah tersebut baik dari sungai/mata air atau laut. Penyediaan prasarana tenaga listrik dilayani oleh Perusahaan Umum Listrik Negara

8

(PLN) dan Generator yang disediakan pabrik. Kemudian penyediaan bahan bakar seperti solar dapat diperoleh dari PT. Pertamina.

3. Transportasi

Jalur transportasi baik darat maupun laut yang berperan dalam pendistribusian bahan baku maupun produk cukup memadai, untuk transportasi darat tersedia jalan raya dengan kondisi yang baik. Untuk transportasi laut tersedia pelabuhan yang menghubungkan ke daerah-daerah lain yang berpotensi untuk menunjang jalannya proses produksi dan pemasaran. Karena metil asetat masih dipasok dari luar Kalimantan, maka adanya pelabuhan laut menjadi hal yang sangat penting yang tentunya akan lebih mempermudah pengiriman bahan baku dan produk domestik maupun luar negeri.

4. Pemasaran

Lokasi pabrik dekat dengan daerah pemasaran produk. Konsumen terbesar Asetat Anhidrid adalah industri pulp and paper yang sebagian besar berlokasi di Kalimantan. Selain itu, terdapat transportasi laut yang dapat digunakan untuk distribusi produk ke pulau-pulau lainnya di Indonesia, sehingga pemasaran produk di dalam dan di luar Pulau Kalimantan tidak menjadi masalah.

5. Tenaga Kerja

Tenaga kerja di daerah Bontang, Kalimantan, banyak tersedia dengan kualitas yang cukup baik, dengan luas sebesar 49,757 km2 _{dan jumlah}

penduduk sebanyak 163.651 jiwa

9

WIB). Hal tersebut didukung dengan adanya sekolah dan kampus potensial di daerah Bontang. Selain itu pendirian pabrik Asetat

Anhidrid ini juga sekaligus untuk mengurangi pengangguran di daerah tersebut.

6. Ketersediaan Lahan

Pabrik yang didirikan harus jauh dari pemukiman penduduk dan tidak mengurangi lahan produktif pertanian agar tidak menimbulkan dampak negatif bagi masyarakat dan lingkungan sekitarnya. Juga perlu dipilih lokasi pabrik yang masih memungkinkan untuk pengembangan area pabrik. Hal ini berkaitan dengan kemungkinan pengembangan pabrik dimasa yang akan datang.

Berikut ini adalah gambar peta yang merupakan lokasi didirikannya pabrik Asetat Anhidrid :

DAFTAR ISI

Halaman DAFTAR GAMBAR

DAFTAR TABEL I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ... 1 B. Kegunaan Produk ... 2 C. Analisa Pasar ... 2 D. Lokasi Pabrik ... 7 II. DESKRIPSI PROSES

A. Jenis- Jenis Proses ... 10 A.1. Proses Pembuatan Asetat Anhidrid dari Metil Asetat... 10 A.2. Proses Pembuatan Asetat Anhidrid dari Asetaldehid ... 11 B. Tinjauan Ekonomi dan Termodinamika... 12 C. Pemilihan Proses ... 18 D. Uraian Proses ... 20 III. SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK

A. Spesifikasi Bahan Baku ... 22 B. Spesifikasi Produk ... 23 IV. NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI

A. Neraca Massa ... 24 B. Neraca Energi ... 24 V. SPESIFIKASI PERALATAN

A. Peralatan Proses ... 28 VI. UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH

A. Unit Utilitas ... 37 1. Unit Penyedia dan Pengolahan air ... 37 2. Unit Penyedia Steam ... 53 3. Unit Penyedia Tenaga Listrik ... 54 4. Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 55 5. Unit Penyedia Udara Tekan ... 55 B. Pengolahan Limbah ... 56

VII. LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK

A. Lokasi Pabrik ... 63 B. Tata Letak Pabrik ... 66 C. Tata Letak Alat Proses ... 70 VIII. ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN

A. Bentuk Perusahaan ... 73 B. Struktur Organisasi Perusahaan... 76 C. Tugas dan Wewenang ... 78 D. Status Karyawan dan Sistem Penggajian ... 86 E. Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 86 F. Penggolongan Jabatan dan Jumlah Karyawan ... 89 G. Kesejahteraan Karyawan ... 92 XI. INVESTASI DAN EVALUASI EKONOMI

A. Investasi ... 96 B. Evaluasi Ekonomi ... 99 C. Angsuran Pinjaman ... 101 D. Discounted cash flow ... 101 X. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan ... 103 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI

LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN PROSES LAMPIRAN D PERHITUNGAN UTILITAS

LAMPIRAN E INVESTASI DAN EVALUASI EKONOMI LAMPIRAN F PERANCANGAN REAKTOR (RE-201)

DAFTAR GAMBAR

Gambar Hal.

1.1. Impor Asetat Anhidrid di Indonesia ...4 1.2. Kebutuhan Asetat Anhidrid di Indonesia ...5 6.1. Cooling Tower ...39 6.2. Diagram Cooling Water System ...40 6.3. Deaerator ...42 6.4. Diagram Alir Pengolahan Air ...43 7.1. Peta Provinsi Kalimantan Timur ...61 7.2. Tata Letak Pabrik Asetat Anhidrid ...67 7.3. Tata Letak Alat Proses ...68 8.1. Struktur Organisasi Perusahaan ...74 9.1. Grafik Analisis Ekonomi ...98 9.2. Kurva Cumulative Cash Flow Metode DCF ...99

DAFTAR TABEL

Tabel Hal.

1.1. Harga Bahan Baku dan Produk ... ..3 1.2. Data Impor Asetat Anhidrid di Indonesia ... ..3 1.3. Data Kebutuhan Asetat Anhidrid di Indonesia ... ..5 2.1. Perbandingan Proses ... 18 4.1. Neraca Massa pada Reaktor (RE-201) ... 23 4.2. Neraca Energi pada Heater 101 (HE-101) ... 24 4.3. Neraca Energi pada Mi Point 101 (MP-101) ... 24 4.4. Neraca Energi pada Expander Valve 101 (EV-101) ... 24 4.5. Neraca Energi pada Heater 102 (HE-102) ... 24 4.6. Neraca Energi pada Reaktor 201 (RE-201) ... 25 4.7. Neraca Energi pada Cooler 201 (CO-201)... 25 4.8. Neraca Energi pada Expander Valve 201 (EV-201) ... 25 5.1. Spesifikasi Tangki Metil Asetat 101 (ST-101) ... 26 5.2. Spesifikasi Tangki Metil Karbon Monoksida 102 (ST-102)... 26 5.3. Spesifikasi Pompa 101 (PO-101) ... 27 5.4. Spesifikasi Pompa 102 (PO-102) ... 27 5.5. Spesifikasi Pompa 201 (PO-201) ... 27 5.6. Spesifikasi Heater 101 (HE-101) ... 28 5.7. Spesifikasi Heater 102 (HE-102) ... 29

5.8. Spesifikasi Reaktor 201 (RE-201) ... 30 5.9. Spesifikasi Cooler 201 (CO-201) ... 31 5.10. Spesifikasi Expander Valve 101 (EV-101) ... 31 5.11. Spesifikasi Expander Valve 201 (EV-201) ... 32 5.12. Spesifikasi Blower 101 (BW-101) ... 32 5.13. Spesifikasi Blower 201 (BW-201) ... 32 5.14. Spesifikasi Tangki Asetat Anhidrid 301 (ST-301) ... 33 6.1. Peralatan yang Membutuhkan Air Pendingin ... 37 6.2. Peralatan Menggunakan Steam ... 41 6.3. Kebutuhan Air Pabrik ... 42 6.4. Tingkatan Kebutuhan Informasi dan Sistem Pengendalian ... 59 6.5. Pengendalian Variabel Utama Proses ... 59 8.1. Jadwal Kerja Regu ... 86 8.2. Perincian Tingkat Pendidikan ... 87 8.3. Jumlah Operator Berdasarkan Jenis Alat ... 88 9.1. Fixed Capital Investment ... 94 9.2. Manufacturing Cost ... 95 9.3. General Expenses ... 96 9.4. Hasil Uji Kelayakan Ekonomi ... 99

DAFTAR PUSTAKA

Badan Pusat Statistik, 2012, Statistic Indonesia, www.bps.go.id, Indonesia. Brown.G.George., 1950, Unit Operation 6ed_{, Wiley and Sons, USA.}

Brownell.L.E. and Young.E.H., 1959, Process Equipment Design 3ed_{, John Wiley} and Sons, New York.

Coulson.J.M. and Ricardson.J.F., 1983, Chemical Engineering vol. 6, Pergamon Press Inc, New York.

Fogler.A.H.Scott, 1999, Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall International Inc, New Jersey.

Geankoplis.Christie.J., 1993, Transport Processes and unit Operation 3ed_{, Allyn} and Bacon Inc, New Jersey.

Himmeblau.David., 1996, Basic Principles and Calculation in Chemical Engineering, Prentice Hall Inc, New Jersey.

Kern.D.Q., 1983, Process Heat Transfer, McGraw-Hill Book Company, New York.

Kirk, R.E and Othmer, D.F., 2006, “Encyclopedia of Chemical Technologi”, 4nd

ed., vol. 17., John Wiley and Sons Inc., New York.

Levenspiel.O., 1972, Chemical Reaction Engineering 2nd _{edition, John Wiley and} Sons Inc, New York.

McCabe.W.L. and Smith.J.C., 1985, Operasi Teknik Kimia, Erlangga, Jakarta. Megyesy.E.F., 1983, Pressure Vessel Handbook, Pressure Vessel Handbook

Publishing Inc, USA.

Perry.R.H. and Green.D., 1997, Perry’s Chemical Engineer Handbook 7ed_, McGraw-Hill Book Company, New York.

Peter.M.S. and Timmerhause.K.D., 1991, Plant Design an Economic for Chemical Engineering 3ed_{, McGraww-Hill Book Company, New York.}

Powell, S.T., 1954, “Water Conditioning for Industry”, Mc Graw Hill Book

Smith.J.M. and Van Ness.H.C., 1975, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics 3ed_{, McGraww-Hill Inc, New York.}

Treyball.R.E., 1983, Mass Transfer Operation 3ed_{, McGraw-Hill Book Company,} New York.

Ulmann, 2007. “Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry”. VCH Verlagsgesell Scahft, Wanheim, Germany.

Ulrich.G.D., 1984, A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics. John Wiley and Sons Inc, New York.

Wahyu, 2010, Proses Pengolahan Air, www.zeofilt.wordpress.com, Indonesia. Wallas. S.M., 1988, Chemical Process Equipment, Butterworth Publishers,

Stoneham USA.

Yaws, C.L., 1999, Chemical Properties Handbook, Mc Graw Hill Book Co., New York

US. Patent 0636599A1 US. Patent 3281462 http://alibaba.com/

www.matches.com, Accesed Juli 2014 www.icis.com., Accesed Mei 2014 http://wikipedia.com/

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Perhitungan neraca massa berdasarkan kapasitas produksi yang telah ditetapkan.

Kapasitas produksi asetat anhidrid : 20.000 ton/tahun

Operasi : 330 hari/tahun, 24 jam/hari

Proses : kontinyu

Basis : 1 jam

Satuan : kg

 Komponen-komponen yang masuk sebagai bahan baku adalah sebagai berikut:

1. Metil asetat

Metil asetat yang masuk ke dalam reaktor adalah metil asetat dengan kemurnian 90% dan mengandung air 10%.

2. Karbon monoksida

Karbon monoksida yang masuk ke dalam reaktor dengan perbandingan mol antara metil asetat dan karbon monoksida 1:1.

 Katalis

Katalis yang digunakan adalah Rhodium (US Patent 8,455,685).

 Spesifikasi produk

A-2

 Spesifikasi bahan baku

1. Metil asetat dengan kemurnian 90 % berat Metil asetat = 90 % berat

Air = 10 % berat

2. Karbon monoksida = 99,99 % berat ≈ 100 % berat

Tabel A.1. Data berat molekul masing- masing komponen

Komponen Rumus

Kimia

Berat Molekul (kg/kmol)

Titik Didih (o_C)

Metil asetat C3H6O2 74 56,3

Karbon monoksida CO 28 -191,5

Asetat anhidrid C4H6O3 102 139,63

Water H2O 18 100,0

Sumber : Perry’s Chemical Engineers’s Handbook

Diketahui kapasitas produksi sebesar 20.000 ton/tahun, maka produksi per jam adalah:

jam hari x hari tahun x

ton kg x

tahun ton

24 1 330

1 1000

000 . 20



= 2.525,253 kg/jam

F4 CO

water

metil asetat

F1 F3 F5 Asetat anhidrid

Metil asetat water

Water Metil asetat

F2 Asetat anhidrit CO CO

Gambar A.1. Blok diagram proses pembuatan Asetat Anhidrid Reaktor

A-3

Secara umum, persamaan neraca massa adalah sebagai berikut : {Massa masuk} – {Massa keluar} + {Massa tergenerasi}

– {Massa terkonsumsi} = {Akumulasi massa} (Himmelblau, 1996 : 144)

1. Reaktor (RE-201)

Fungsi Alat = Tempat terjadi reaksi pembentukan asetat anhidrid (C4H6O3)

Kondisi Operasi = 130o_{C dan 5 atm}

Feed masuk metil asetat 90% = 2.035,592 kg/jam

Konversi terhadap metil asetat = 90 % (US Patent 8,455,685) Kemurnian C4H6O3 = 85 % (US Patent 8,455,685)

Katalis yang digunakan = Rhodium (US Patent 8,455,685)

F1 F3

F2

Persamaan neraca massa total : F1+ F2 = F3

Dimana :

F1 = Laju metil asetat masuk kereaktor (kg/jam)

F2 = Laju gas karbon monoksida masuk reaktor (kg/jam)

F3 = Laju produk reaktor yang menuju separator (kg/jam)

Kapasitas produksi = 2.525,253 kg/jam = 24,7574 kmol/jam Reaktor

A-4

Basis : 1 mol

Reaksi C3H6O2 (l) + CO (g) 90% C4H6O3 (l)

Mula-mula : 1 1

Reaksi : 0,9 0,9 0,9

Sisa mol : 0,1 0,1 0,9

1 C3H6O2 (l) 0,9 C4H6O3 (l)

? 24,7574

x = 27,508 kmol/jam

Kebutuhan bahan baku metil asetat (F1)

 C3H6O2 90% = 27,7574 kmol/jam x 74 = 2.035,592 kg/jam

 C3H6O2 100% = 2.035,592 kg/jam 2.261,7889 kg/jam

 H2O 10% = 226,1768 kg/jam

Kebutuhan bahan baku CO (F2)

 CO 100% = 27,7574 x 28 kmol/jam = 770,224 kg/jam

Produk keluaran gas dari reaktor (F3)

Reaksi C3H6O2 (l) + CO (g) 90% C4H6O3 (l)

Mula-mula : 1 1

Reaksi : 0,9 0,9 0,9

A-5

0,1 C3H6O2 (l) 0,9 C4H6O3 (l)

? 24,7574

= 2,7508 kmol/jam

 Sisa CO = 2,7508 kmol/jam x 28 = 77,0224 kg/jam

Produk cairan dari reaktor (F3)

 Sisa C3H6O2 =2,7508 kmol/jam x 74 = 203,5592 kg/jam

 C4H6O3 = 24,7574 kmol/jam x 102 = 2525,153 kg/jam

Nama Komponen

Massa masuk

Massa Terkomsumsi

Massa Tergenerasi

Massa keluar

F1 F2 F4

Kg/jam Kg/jam Kg/jam Kg/jam Kg/jam Metil asetat C3H6O2 2.035,592 - 1.832,5461 - 203,5592

Air H2O 226,1768 - - - 226,1768

Karbon monoksida

CO 770,224 693,2016 - 77,0224

Asetat anhidrit C4H6O3 - - - 2.525,253 2.525,253

Jumlah 2.261,7889 770,224

A-6

2. Mix Point (MP-101)

Tugas : tempat bertemunya F3 (sisa karbonmonoksida dari reaktor) dan F2 (feed karbonmonoksida menuju reaktor)

F2 F6

F4

Dimana neraca massa totalnya : F2 + F4 = F6

Dimana :

F2 : Massa karbon monoksida feed fresh (kg/jam)

F4 : Masaa karbon monoksida recycle separator (kg/jam)

F6 : Massa karbon monoksida total (kg/jam)

F2fresh - F4 = F2baru

770,224 – 77,0224 = 693,2016 kg/jam

Sehingga fresh feed (F2) harus dijaga agar keluaran tetap sama dengan keluaran

pada saat start up.

F2baru + F4 = F6

693,2016 + 77,0224 = 770,224 kg/jam

Massa karbon monoksida masuk (F2)

 Karbon monoksida : 693,2016 kg/jam

Massa karbon monoksida masuk (F4)

A-7

Massa karbon monoksida total (F6)

 Karbon monoksida : 770,224 kg/jam

Komponen

Massa Masuk Massa Keluar Massa Keluar

F2 F4 F6

Kg/jam Kg/jam Kg/jam

Karbon Monoksida 693,2016 77,0224 770,224

Total 693,2016 77,0224 770,224

770,224 770,224

3. Reaktor (RE-201) F1

F7 F2 F6

F4

Persamaan neraca massa total : F6 = F2 + F4

F1+ F6 = F7

Dimana :

F1 = Laju metil asetat masuk kereaktor (kg/jam)

F6 = Laju gas karbon monoksida masuk reaktor (kg/jam)

F7 = Laju produk reaktor yang menuju separator (kg/jam)

Massa metil asetat masuk (F1)

 Metil asetat : 2261,786 kg/jam

Massa karbon monoksida total masuk (F6)

 Karbon monoksida : 770,224 kg/jam Reaktor

A-8

Massa Produk keluar reaktor (F7)

 Metil asetat : 203,5606 kg/jam

 Air : 226,1785 kg/jam

 Karbon monoksida : 77,0224 kg/jam

 Asetat anhidrit : 2.525,253 kg/jam

Komponen

Massa Masuk Massa

Terkonsumsi

Massa Tergenerasi

Massa keluar

F1 F6 F7

Kg/jam Kg/jam Kg/jam Kg/jam Kg/jam Metil Asetat 2.035,607 - 1832,5461 - 203,5607

Air 226,1768 - - - 226,1768

Karbon Monoksida

- 770,224 693,2016 - 77,0224

Asetat Anhidrid

- - - 2.525,253 2.525,253

Total

B-1

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Dari hasil perhitungan neraca massa selanjutnya dilakukan perhitungan neraca energi. Perhitungan neraca energi didasarkan pada :

Basis : 1 jam operasi Satuan panas : kJ

Temperatur referensi : 25 oC (298,15 K) Neraca Energ i:

{(Energi masuk ) – (Energi keluar) + (Generasi energi) – (Konsumsi energi)} = {Akumulasi energi}

(Himmelblau,ed.6,1996)

Entalpi bahan pada temperatur dan tekanan tertentu adalah : ∆H = ∆HT–∆Hf

(Himmelblau,ed.6,1996) Keterangan :

∆H = Perubahan entalpi

∆HT = Entalpi bahan pada suhu T

∆Hf = Entalpi bahan pada suhu referensi (25 oC)

Enthalpi bahan untuk campuran dapat di rumuskan sebagai berikut : ∆H = Σ n Cp dT

B-2

Keterangan :

∆H = Perubahan entalpi n = mol

Cp = Kapasitas panas (J/mol.K) dT = Perbedaan termperatur (K)

Kapasitas panas





 T    

T

4 3 2

T

Tref ref

dT ) ET DT CT BT (A dT Cp ) T (T 4 E ) T (T 4 D ) T (T 3 C ) T (T 2 B ) T A(T dT Cp 5 ref 5 4 ref 4 3 ref 3 2 ref 2 ret T Tref          



Keterangan :

Cp = Kapasitas panas (J/mol K) A,B,C,D,E = Konstanta

Tref = Temperatur referensi = 298,15 K

T = Temperatur operasi (K)

Tabel B.1. Data Cp untuk gas

Komponen A B C D E

Asetat Anhidrid 9,5000E+00 3,4425E-01 -8,6736E-05 -7,677E-08 3,6721E-11 Metil Asetat -2,2287E+01 4,8275E-01 -4,6631E-04 2,329E-07 -4,3094E-11 Water 29,52600 -8,90000x10-03 _3,81000x10-05 _-3,26000x10-08 _8,86000x10-12

Carbonmonoxide 29,55600 -6,58000x10-03 _2,01000x10-05 _-1,22000x10-08 _2,26000x10-12

sumber : Carl L yaws, appendix E vol 1-4

Tabel B.2. Data Cp untuk cairan

Komponen A B C D

Asetat Anhidrid 71,831 8,8879E-01 -2,6534E-03 3,3501E-06 Metil Asetat 76,129 4,3277E-01 -1,3694E-03 2,1850E-06

Water 92,05300 -0,03990 -0,00020 5,34690E-07

B-3

Neraca Energi tiap-tiap Komponen 1. Heater (HE-101)

Fungsi : Memanaskan metil asetat keluaran storage metil asetat

dari 30 o_{C menjadi 130} o_{C sebagai umpan masukan Reaktor}

Kondisi Operasi : Tin : 30 o_{C = 303,15 K}

Tout : 130 o_{C = 403,15 K}

Tref : 25 o_{C = 298,15 K}

Pop : 1 atm

Gambar. Heater (HE-101)

Keterangan :

∆Hin = Aliran panas masuk dari ST-101

∆Hout = Aliran panas keluar dari HE-101

Neraca Energiμ {(∆H1 + ∆Hs in ) –(∆H2+ ∆Hs out) + (0) – (0)} = {0}

Panas aliran masuk HE-101 Tin = 30 oC = 303,15 K

T ref = 25 oC = 298,15 K

∆Hin

∆Hs in

∆Hs out

B-4

Tabel. Panas aliran masuk HE-101

Komponen kg/jam kmol ∫Cp.dt ∆H (kJ/jam)

Metil Asetat 2.035,592 27,5080 709,20604 19.508,83971 H2O 226,1768 12,565378 377,48638 4.743,25899

Total 2.261,7688 40,0734 24.252,09870

Panas aliran keluar HE-101 Tout = 130 oC = 403,15 K

T ref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran keluar HE-101

Komponen kg/jam kmol ∫Cp.dt ∆H (kJ/jam)

Metil Asetat 2.035,592 27,5080 16.229,12048 446.430,64627 H2O 226,1768 12,565378 7.924,54696 99.574,92624

Total 2261,7688 40,0734 546.005.57251

Menghitung kebutuhan steam

∆H in+ ∆H steam = ∆H out ∆H steam = ∆H out -∆Hin

∆H steam = 546.005,57251 – 24.252,09870 = 521.753,47381 kJ/jam

B-5

Oleh karena itu membutuhkan fluida panas yang berfungsi sebagai pemanas yaitu saturated steam pada steam tabel dengan kondisi :

Temperatur (T) = 149,5 o_C

Tekanan (P) = 4,696 bar Hl = 630 kJ/kg

Hv = 2.744,8 kJ/kg

steam = Hv - Hl

= 2.744,8 – 630 = 2.114,800 kJ/kg

Menghitung massa steam (m) :

msteam =

=

kg kJ

jam kJ

/ 2.114,800

/ 381 521.753,47

= 246,71528 kg/jam

Panas steam masuk : = m x Hv

= 246,71528 kg/jam x 2744,8 kJ/kg = 677.184,10011 kJ/jam

Panas steam keluar : = m x HL

= 246,71528 kg/jam x 630 kJ/kg = 155.430,62630 kJ/jam

B-6

Neraca Energi Total HE-101

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar

∆Hin 24.252,09870 ∆Hout 546.005,57251

∆Hs in 677.184,10011 ∆Hs out 155.430,62630

Total 701.436,19881 701.436,19881

2. Expander Valve (EV-101)

Fungsi : Menurunkan tekanan gas karbon monoksida 20 atm menjadi 5 atm dari tangki penyimpanan

Kondisi operasi : Pin = 20 atm Pout = 5 atm

Tin = 30 o_{C = 303,15 K}

∆H in ∆H out

Gambar. Expander Valve

Keterangan :

∆H in = Aliran masuk dari ST-102

∆H out = Aliran keluar expander valve HE-102

Panas aliran masuk dari ST-102 Tin = 30 oC = 303,15K

Tref = 25 oC = 298,15 K

B-7

Tabel. Panas aliran masuk dari ST-102

Komponen (kg/jam) (kmol/jam) ∫Cp.dt ∆H (kJ/jam)

CO 770,224 27,5080 145,4165 4.000,1161

Total 770,224 27,5080 4.000,1161

Menentukan suhu keluar EV-101 Tabel. Data Komponen EV

Komponen kmol Xi Cp(Treff)

CO 27,5080 1,0000 8.674,3811

Total 27,5080 1,0000

Data : Cp campuran = 8.674,3811 kJ/kmol.K

R = 8,3140 kJ/kmol.K2

) (C R

C C C k p p v p  

 = 1,001

= 0,001 5 , 0 1 ) 1 ( 1 2

1 

                  K K p P P T C H

(Rules of Thumb for Chemical Engineers Third Edition Hal 129)

ΔH = 1.745,8405 kJ/kmol

                   p ) 1 ( 1 2 1 2 C H K K P P T T

B-8

T2 = 302,94874 K = 29,7987 oC = 30 oC

Panas aliran keluar EV-101 Tout = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran keluar EV-101

Komponen (kg/jam) (kmol/jam) ∫Cp.dt ∆H (kJ/jam)

CO 770,224 27,5080 139,5619 3.839,0674

Total 770,224 27,5080 3.839,0674

Untuk menurunkan tekanan dari 20 atm menjadi 5 atm, kerja expander valve menghasilkan panas, sehingga perlu di hitung panas expander valve :

∆Hev = ∆Hin - ∆Hout

= 4.000,1161 kJ/jam – 3.839,0674 kJ/jam = 161,0487 kJ/jam

Neraca Energi Total EV-102 Tabel. Neraca energi EV-102

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar ∆Hin 4.000,1161 ∆Hout 3.839,0674

- ∆Hev 161,0487

B-9

3. Mix Point (MP-101)

Fungsi : Mencampurkan fresh feed CO dan recyle CO sebelum masuk ke Reaktor

Kondisi Operasi : T = 30 o_{C = 303,15 K}

P = 5 atm

Tref = 25 oC = 298,15 K

∆H out

∆H in ∆H rec

Gambar. Mixed Point

Keterangan :

Fin = Aliran masuk dari EV-101

Frec = Aliran masuk recycle dari EV-102

Fout = Aliran keluar dari menuju HE-102

Panas aliran masuk dari EV-101 Tin = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25oC = 298,15 K

MP

B-10

Tabel. Panas aliran masuk dari EV-101

Komponen Kmol Cp.dT ∆H

CO 24,756534 145,416 3.600,104487

Total 24,756534 3.600,104487

Panas aliran masuk dari EV-102 Tin = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran masuk dari HE-102

Komponen kmol Cp.dT ∆H

CO 2,72329 145,41646 400,01161

Total 2,72329 400,01161

Panas aliran keluar dari MP-101 Tout = 30 oC = 333,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

B-11

Tabel. Panas aliran keluar dari MP-101

Komponen kmol Cp.dT ∆H

CO 27,47983 145,41646 4.000,11610

Total 27,47983 4.000,11610

Neraca Energi Total MP-101

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar ∆Hin 3.600,104487 ∆Hout 4.000,11610

∆Hrec 400,01161 -

Total 4.000,11610 4.000,11610

4. Heater (HE-102)

Fungsi : Memanaskan CO umpan dari 30 oC menjadi 130 oC Kondisi operasi : Tin = 30 oC = 303,15 K

Tout = 130 oC = 403,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

∆H out

Gambar. Unit Heater (HE-102)

Keterangan :

∆H in = Aliran masuk dari EV-101

∆H out = Aliran keluar HE-102

∆H in

∆Hs in

B-12

Neraca Energiμ {(∆Hin + ∆Hs in ) –(∆Hout+ ∆Hs out) + (0) – (0)} = {0}

Panas aliran masuk HE-102 Tin = 30 oC = 303,15 K

T ref = 25 oC = 298,15 K

)

Tabel. Panas aliran masuk HE-102

Komponen Kmol Cp.dT ∆H

CO 27,508 139,5618523 3.839,067432

Total 27,508 3.839,067432

Panas aliran keluar HE-102 Tout = 130 oC = 403,15 K

T ref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran keluar HE-102

Komponen Kmol Cp.dT ∆H

CO 27,508 3.070,07585 8.4451,64637

B-13

Menghitung kebutuhan steam

∆H in+ ∆H steam = ∆H out

∆H steam = ∆H out - ∆H in

∆H steam = 8.4451,64637 - 3.839,067432 = 80.612,57894 kJ/jam

Oleh karena itu membutuhkan fluida panas yang berfungsi sebagai pemanas, yaitu saturated steam pada steam tabel dengan kondisi kondisi :

Temperatur (T) = 149,5 o_C

Tekanan (P) = 4,696 bar Hl = 630 kJ/kg

Hv = 2.744,8 kJ/kg

steam = Hv - Hl

= 2.744,8 – 630 = 2.114,800 kJ/kg

Menghitung massa steam (m) :

msteam =

=

kg kJ

jam kJ

/ 2114.800

/ 94 80.612,578

= 38,118 kg/jam

Panas steam masuk : = m x Hv

= 38,118 kg/jam x 2.744,8 kJ/kg = 104.627,10737 kJ/jam

Panas steam keluar : = m x HL

B-14

= 38,118 kg/jam x 630 kJ/kg = 24.014,52843 kJ/jam Neraca Energi Total HE-102

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar

∆Hin 3.839,067432 ∆Hout 8.4451,64637

∆Hs in 104.627,10737 ∆Hs out 24.014,52843

Total 108.466,17480 108.466,17480

5. Reaktor (RE-201)

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan Asetat Anhidrid

Gambar. Reaktor (RE-201)

Kondisi operasi :

Temperatur = 130 oC Tekanan = 5 atm

Dalam menghitung neraca energi di reaktor digunakan langkah perhitungan seperti pada gambar berikut :

PC

V-37 R-201

7

Qin Qpendingin in

Qpendingin out Qout

B-15

T in

ΔHumpan

ΔHR 298

ΔHproduk

ΔHtotal T out

 Menghitung panas masuk Reaktor (RE-201)

Panas aliran masuk Metil Asetat T = 130 oC = 403,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran masuk dari HE-101

Komponen m (kg) n (kmol) ∫Cp dT (kJ_{/Kmol) Htf (kJ)} Metil Asetat 2.035,59200 27,50800 -16.229,12048 -446.430,64627

H2O 226,17680 12,56538 -7.924,54696 -99.574,92624

Total 2.261,77 40,07338 -24.153,66744 -546.005,57251 Panas aliran masuk CO

T = 130 oC = 403,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran masuk dari HE-102

Komponen m (kg) n (kmol) ∫Cp dT (kJ_{/Kmol) Htf (kJ)} CO 770,22400 27,50800 -3.070,07585 -84.451,64637 Total 770,22400 27,50800 -3.070,07585 -84.451,64637 Sehingga panas aliran keluar totalnya adalah 630.457,2189 Kj/jam

B-16

Panas aliran produk keluar dari RE-201 T = 130 oC = 403,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran produk keluar dari RE-201

Komponen (kg/jam) (kmol/jam) ∫Cp.dt ∆Hout (kJ/jam)

Asetat Anhidrid 2.525,2530 24,7574 21.259,6194 526.332,5255 Metil Asetat 203,5592 2,7508 16.229,1205 44.643,0646

H2O 226,1769 12,5654 7.924,5470 99.574,9262

CO 77,0224 2,7508 3.070,0758 8.445,1646 Total 3.032,0115 42,8244 48.483,3627 678.995,6810 Menghitung Panas Reaksi

Reaksi :

CH3C(=O)OCH3(l) + CO(g) CH3C(=O)O(O=)CCH3(l)

a. Menghitung entalpi pada keadaan standar (∆Ho_{R 298 K)}

Data ∆H⁰f masing-masing komponen pada keadaan standar (298,15 K)

Tabel. Entalpi standar masing-masing komponen Komponen ∆HF (kJ/kmol)

Asetat Anhidrid -575.720 Metil Asetat -419.7300

CO -110.500

Panas pembentukan standar masing-masing komponen pada suhu 298,15 K

ΔHf298o = ΔHF produk - ΔHF reaktan

ΔHf 298o = -32.895 kJ/kmol

B-17

b. Menghitung entalpi pada kondisi operasi (∆HR)

Perubahan entalphi reaktan dari 298,15 K ke 403,15 K dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut

dengan

Sehingga

= 1.960,423 kJ/kmol

Sehingga entalpi pada keadaan operasi adalah

= -32.895 kJ/kmol + 1.960,423 kJ/kmol = -30.934,577 kJ/kmol

c. Menghitung panas reaksi

Jumlah Metil Asetat mula-mula (FA0) = 27,508 kmol C3H6O2/jam

Konversi = 90 % = 0,9 Maka, panas reaksi

Qreaksi = ΔHR (403,15 K) . FAo . X

= -30.934,577 x 27,508 x 0,90 = -765.853,5097 kJ/jam

      





2

1 T T Pi R

R ΔH C dT

ΔH        





403,15

298,15 Pi K) (298,15 R K) (403,15

R ΔH C dT

ΔH  : dT Cp 403,15 298.15







A BT CT DT CT



dT T

T



2     

1 4 3 2 ) ( 5 ) ( 4 ) ( 3 ) ( 2 ) ( 5 1 5 2 4 1 4 2 3 1 3 2 2 1 2 2 1

2 T T

E T T D T T C T T B T T

A            

 ) ( 5 ) ( 4 ) ( 3 ) ( 2 ) ( dT

Cp _{2 1 2}2 ₁2 ₂3 ₁3 ₂4 ₁4 ₂5 ₁5

403,15 298,15 T T E T T D T T C T T B T T

A         

  



      





403,15

298,15 Pi K) (298,15 R K) (403,15

R ΔH C dT

B-18

d. Menghitung panas dan massa air pendingin Neraca Energi:

Qin– Qout + Qgen– Qkon = Qacc

{(Q20 +QCW in ) – (Q21+ QCW out) - (0) +Qgen} = {0}

Q cw = Qin– Qout + Qgen

= 630.457,2189 – 678.995,6810 + 765.853,5097 = 717.315,0476 kJ/jam

Cooling water (cw) yang digunakan pada pabrik Asetat Anhidrid masuk ke cooler pada temperatur 30o_{C dan keluar pada temperatur 45}o_{C, Dari data}

kapasitas panas (Cp) air diperoleh :

(Geankoplis, C,J,, 1997)

Cp air pada 30o_{C = 4,1915 kJ/kg,K, dan}

Cp air pada 45oC = 4,2020 kJ/kg,K

H = Cp T

Sehingga:

H = H (45o_C) – _{H (30}o_C)

= (4,2020 (318 – 298)) – (4,1915 (303 – 298)) = 63,0825 kJ/kg

Maka kebutuhan air pendingin : F cw =

H cw Q

B-19

=

kJ/kg 63,0825

kJ/jam 76 717.315,04

= 11.371,0625 kg/jam

Q cw masuk = F cw H (30oC)

= 11.371,0625 kg/jam  4,1915 kJ/kg = 238.309,0425 kJ/jam

Q cw keluar = F cw H (45oC)

= _{11.371,0625 kg/jam x 4,2020 kJ/kg} = 955.624,0925 kJ/jam

Tabel. Neraca panas Reaktor (RE-201)

Komponen

Panas Masuk (kJ/jam)

Panas Generasi

(kJ/jam)

Panas Keluar (kJ/jam)

Panas Konsumsi

(kJ/jam)

Panas Akumulasi

(kJ/jam)

ΔHin ΔHreaksi ΔHout

Asetat

Anhidrid 0,0000

765.853,5097

526.332,5255

0,0000 0,0000 Metil

Asetat 446.430,64627 44.643,0646

Water 99.574,92624 99.574,9262

CO 84.451,64637 8.445,1646

Air

Pendingin 238.309,0425 955.624,0925

Total 868.766,2614 765.853,5097 1.634.619,773 0,0000 0,0000

B-20

6. Cooler (CO-201)

Fungsi : Mendinginkan campuran keluaran Reaktor dari 130 oC menjadi 30 oC untuk menuju ke Separator

Kondisi operasi : Pin : 5 atm

Tin : 130 oC = 403,15 K

Tout : 30 oC = 303,15 K

Gambar. Cooler (CO-201)

Keterangan :

∆Hin : Panas aliran masuk dari RE-201

∆Hout : Panas aliran keluar dari CO-201

Neraca Energiμ {(∆Hin+ ∆Hcwin) –(∆Hout + ∆Hcwout) + (0) – (0)} = {0}

Panas aliran masuk dari RE-201 T = 130 o_{C = 403,15 K}

T ref = 25 oC = 298,15 K

∆H in

∆H cw in

∆H cwout

B-21

Tabel. Panas aliran masuk dari RE-201

Komponen n (kmol) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∆Hin (kJ) Asetat Anhidrid 24,75738235 21.259,61937 526.332,52545

Metil Asetat 2,7508 16.229,12048 44.643,06463 H2O 12,56537778 7.924,54696 99.574,92624

CO 2,7508 3.070,07585 8.445,16464

Total 42,8244 678.995,68096

Panas aliran keluar dari CO-201 T = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran keluar dari CO-201

Komponen n (kmol) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∆Hout (kJ) Asetat Anhidrid 24,75738235 951,23225 23.550,02063

Metil Asetat 2,7508 709,20604 1.950,88397 H2O 12,56537778 377,48638 4.743,25899

CO 2,7508 145,41646 400,01161

Total 42,8244 30.644,17520

Menghitung kebutuhan cooling water

∆H in = ∆H out, dimana : ∆H out = ∆H liquid keluar + ∆H cooling water ∆H in = ∆H liquid keluar + ∆H cooling water

∆H cooling water = ∆Hin - ∆H liquid keluar

∆H cooling water (∆Hcw) = 678.995,68096 - 30.644,17520 = 648.351,5058 kJ/jam

B-22

Untuk menyerap panas tersebut maka dibutuhkan cooling water dengan kondisi : T in = 30 o_{C (303,15 K)}

T out = 45 oC (318,15 K)

maka  Cp H2O dT = 1.129,7051 kJ/kmol

m cooling water =

=

kJ/kmol 1.129,7051

kJ/jam 58 648.351,50

= 573,5411 kmol/jam = 10.323,7399 kg/jam

Neraca Energi Total CO-201 Tabel. Neraca Energi CO-201

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar ∆Hin 678.995,68096 ∆Hout 30.644,17520

∆H cwin 210.013,3082 ∆H cwout 857.945,5938

Total 889.008,9892 889.008,9892

7. Expander Valve (EV-102)

Fungsi : Menurunkan tekanan produk keluran reaktor dari 5 atm menjadi 1 atm

Kondisi operasi : Pin = 5 atm Pout = 1 atm

Tin = 30 oC = 303,15 K

∆H in ∆H out

B-23

Keterangan :

∆H in = Aliran masuk dari EV-102

∆H out = Aliran keluar dari EV-103

Panas aliran masuk dari EV-102 Tin = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran masuk dari EV-102

Komponen (kmol/jam) ∫Cp.dt ∆H (kJ/jam)

Asetat Anhidrid 24,7574 951,2323 1.950,8840 Metil Asetat 2,7508 709,2060 4.743,2590

Air 12,5654 377,4864 23.550,0206

Total 40,0736 215.722,4935

Menentukan suhu keluar EV-102 Tabel. Data Komponen EV-102

Komponen kmol Xi Cp 298 (J/mol) Cp Campuran

Asetat Anhidrid 24,7574 0,6178 44.096,8340 27.242,9546 Metil Asetat 2,7508 0,0686 34.151,5562 2.344,2914

Air 12,5654 0,3136 24.861,7583 7.795,5985

Total 40,0736 1,0000 37.382,8445

Data : Cp campuran = 37.382,8445 kJ/kmol.K

B-24

) (C R

C C C k p p v p  

 = 1,0002

= 0,0002 5 , 0 1 ) 1 ( 1 2

1 

                  K K p P P T C H

(Rules of Thumb for Chemical Engineers Third Edition Hal 129)

ΔH = 2.027,8419 kJ/kmol

                   p ) 1 ( 1 2 1 2 C H K K P P T T

(Rules of Thumb for Chemical Engineers Third Edition Hal 129)

T2 = 303,09575 K = 29,9458 oC ≈ 30 oC

Panas aliran keluar EV-102 Tout = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

B-25

Tabel. Panas aliran keluar EV-102

Komponen n (kmol) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∆Hout (kJ) Asetat Anhidrid 24,7574 940,8851 23.293,8532 Metil Asetat 2,7508 701,4846 1.929,6439

Air 12,5654 373,3939 4.691,8352

Total 40,0736 29.915,3323

Untuk menurunkan tekanan dari 5 atm menjadi 1 atm, kerja expander valve menghasilkan panas, sehingga perlu di hitung panas expander valve :

∆Hev = ∆Hin - ∆Hout

= 30.244,1636 kJ/jam – 29.915,3323 kJ/jam = 328,8313 kJ/jam

Neraca Energi Total EV-102 Tabel. Neraca energi EV-102

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar ∆Hin 30.244,1636 ∆Hout 29.915,3323

- ∆Hev 328,8313

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

1. Storage Tank Metil Asetat (ST - 101)

Fungsi : Menyimpan metil asetat 90% selama 14 hari dengan kapasitas 766.113,1144 kg

Tipe Tangki : Silinder vertikal dengan dasar datar (flat bottom) dan atap (head) berbentuk Torispherical Roof

Bahan : Carbon Steel SA – 7 Kondisi Operasi :

 Temperatur : 30 o_C

 Tekanan : 1 atm Gambar :

ST-301 LI

Gambar.C.1. Tangki penyimpanan bahan baku Metil Asetat

1. Menghitung Kapasitas Tangki Waktu tinggal = 14 hari

C-2

Digunakan waktu tinggal 14 hari karena faktor transportasi dan sumber bahan baku berasal dari luar kota.

Jumlah bahan baku per jam = 2280,0986 kg/jam

Jumlah bahan baku untuk 14 hari = 2280,0986 kg/jam x 24 jam x 14 hari = 766.113,1144 kg

Jumlah bahan baku metil asetat yang harus disimpan dalam 14 hari sebanyak 766.113,1144 kg yang disimpan di dalam satu tangki.

a. Menentukan Temperatur dan Tekanan Penyimpanan

Saat siang hari, temperatur dinding tangki diperkirakan mencapai 35 o_C.

Perancangan akan dilakukan pada temperatur tersebut dengan tujuan untuk menjaga temperatur fluida di dalam tangki untuk menghindari adanya transfer panas dari dinding tangki ke fluida. Jika terjadi transfer panas dari dinding tangki ke fluida akan menyebabkan tekanan uap fluida semakin besar. Dengan peningkatan tekanan uap, perancangan dinding tangki akan semakin tebal. Semakin tebal dinding tangki, maka transfer panas dari dinding ke fluida akan semakin kecil, sehingga dapat diabaikan.

Berikut adalah perhitungan tekanan fluida pada temperatur 35 oC. Dengan cara trial tekanan pada temperatur 35 oC, maka diperoleh hasil sebagai berikut:

Tabel C.2.1 Tekanan uap metil asetat

Komponen A B C D E

Metil Asetat 33,7240 -2.7204E+03 -3,1182E+00 -3,4310E-11 3,3102E-06 Air 29,8605 -3152E+03 -7,304E+00 2,425E-09 1,809E-06

C-3

Tabel C.2.2. Hasil perhitungan tekanan fluida di dalam tangki

Komponen Kg/jam kmol/jam Zf Pi, (mmHg) Ki = Pi/P yf = Ki . zf

C3H6O2 2035,607 27,508 0,0686 266,7974 1,2569 0,8652

H2O 226,1786 12,5655 0,3136 31,8649 0,1501 0,0468

Jumlah 2280,0986 40,3212 1,0000 298,6623 1,4070 1,4070

T = 35 o_C

P = 0,2760 atm

Sehingga desain tangki dilakukan pada kondisi: T = 35 o_C

P = 1 atm + 0,2760 atm = 1,2760 atm

= 18,7514 psi

b. Menghitung Kapasitas Tangki Waktu tinggal = 14 hari

Jumlah bahan baku per jam = 2280,0986 kg/jam

Jumlah bahan baku untuk 14 hari = 2280,0986 kg/jam x 24 jam x 14 hari

= 766.113,1144 kg

Jumlah bahan baku metil asetat yang harus disimpan dalam 14 hari sebanyak 766.113,1144 kg yang disimpan di dalam satu tangki.

Volume liquid = liqud

liquid ρ m

Menghitung densitas campuran : Tabel.C.2.3. Densitas campuran

Komponen Kg/jam Wi (kg/m3) wi/

C3H6O2 2035,607 0,9008 914,2893 0,0010

H2O 226,1786 0,00992 1018,4091 0,0001

C-4

 liquid =







wi wi

=

0,0011 1

 liquid = 923,6568 kg/m3

= 57,6619 lb/ft3

Sehingga dapat dihitung volume liquid : Volume liquid =

liqud liquid ρ m

= ₃

kg/m 923,6568

kg 44 766.113,11

= 923,6568 m3

= 29.290,1473 ft3

Over Design = 20 % (Peter and Timmerhaus, 1991,hal. 37)

Vtangki = (100/80) x Vliquid

= 1,1 x 923,6568 m3

= 1.036,7936 m3 = 36.612,6841 ft3

c. Menentukan Rasio Hs/D

Vtangki = Vshell + Vtutup

= ¼ π D2 H + 0,000049 D3 + ¼ π D2 sf

Atangki = Ashell + Atutup

C-5

Keterangan :

D = diameter tangki, in

sf = straight flange, in (dipilih sf = 3 in) Berdasarkan Tabel 4-27 Ulrich 1984, dimana :

D H_s

< 2 (Ulrich, 1984)

Rasio H/D yang diambil adalah rasio yang memberikan luas tangki yang paling kecil. Hasil trial rasio H/D terhadap luas tangki dapat dilihat pada Tabel C.2.4. berikut.

Tabel C.2.4. Hasil Trial Hs/D Terhadap Luas Tangki

trial H/D D (ft) H (ft) A (ft2_{) Vsilinder , ft}3 _{Vhead, ft}3 _{Vsf, ft}3 _{Vtotal (ft}3₎

1 0,5 38.0000 19.0000 4616.4680 21537.2600 4646.1220 283.3850 26466.7670

2 0,6 38.5566 23.1340 5219.4926 26997.0989 4853.2874 291.7475 32142.1337

3 0,7 38.5481 26.9837 5683.7818 31475.7892 4850.0783 291.6189 36617.4863

4 0,74 39.2244 29.0261 6078.2097 35056.6412 5109.8570 301.9411 40468.4393

5 0,8 39.6608 31.7286 6510.5603 39178.1617 5282.3142 308.6971 44769.1730

6 0,9 39.5288 35.5760 6957.9405 43636.9302 5229.7610 306.6463 49173.3375

Maka untuk selanjutnya digunakan rasio Hs/D = 0,7

D = 38,5481 ft = 462,5772 in = 11,7496 m

Dstandar = 43 ft (516 in)

H = 26,9837 ft = 323,8040 in = 8,2246 m

C-6

Hstandar = 30 ft (360 in)

Cek rasio H/D : Hs/Ds = 30/43

= 0,69 memenuhi (0,69-0,74)

d. Menentukan Jumlah Courses Lebar plat standar yang digunakan :

L = 96 in (Appendix E, item 1, B & Y) = 8 ft

Jumlah courses = ft 8

ft 30

= 3,75 = 4 buah

e. Menentukan Tinggi Cairan di dalam Tangki

Vshell = ¼ π D2 H

= ¼ π (43 ft)2 x 32 ft = 43.443,9500 ft3

Vdh = 0,000049 D3

= 0,000049 (43)3 = 3,8958 ft3

Vsf = ¼ π D2 sf

= ¼ π.(516)2 x 3 = 627.032,8800 in3 = 362,8663 ft3

Vtangki baru = Vshell + Vdh + Vsf

= 43.443,9500 + 3,8958 + 362,8663

= 43.910,7121 ft3

C-7

Vruang kosong = Vtangki baru - Vliquid

= 43.910,7121 - 29.290,1473 = 14.620,5648 ft3

Vshell kosong = Vruang kosong– (Vdh + Vsf)

= 14.620,5648 – (3,8958 + 362,8663) = 14.253,9500 ft3

Hshell kosong = ₂

. . 4

D V_shellkosong



= ₂

43 0 14.253,950 4   

= 9,8203 ft

Hliquid = Hshell– Hshell kosong

= 30 – 9,8203 = 20,1797 ft f. Menenetukan Tekanan desain

Ketebalan shell akan berbeda dari dasar tangki sampai puncak. Hal ini karena tekanan zat cair akan semakin tinggi dengan bertambahnya jarak titik dari permukaan zat cair tersebut ke dasar tangki. Sehingga tekanan paling besar adalah tekanan paling bawah. Tekanan desain dihitung dengan persamaan :

Pabs = Poperasi + Phidrostatis

Phidrostatis =

144 L c H g g _       = 144 ft 20,1797 9,81 9,81 lb/ft

65,4838 3 _

     = 8,0806 psi

C-8

Poperasi = 14,6960 x 1,2760

= 18,7514 psi

Pabs = 18,7514 psi + 8,0806 psi

= 26,8320 psi

Tekanan desain 5 -10 % di atas tekanan kerja normal/absolut (Coulson, 1988 hal. 637). Tekanan desain yang dipilih 10 % diatasnya. Tekanan desain pada courses ke-1 (plat paling bawah) adalah:

Pdesain = 1,1 x Pabs

= 1,1 x 26,8320 psi = 29,5152 psi

Berikut ini adalah tabel perhitungan tekanan desain untuk setiap courses : Tabel C.2.5. Tekanan Desain Masing-masing Courses

Courses H (ft) HL (ft) Phid (psi) Pabsolut(psi) Pdesain (psi)

1 30,0000 20.1797 8.0806 26.8320 29.5152

2 22,0000 14.1797 5.6780 24.4294 26.8724

3 14,0000 8.1797 3.2754 22.0268 24.2295

4 6,0000 2.1797 0.8728 19.6243 21.5867

g. Menentukan Tebal dan Panjang Shell

 Tebal Shell

Untuk menentukan tebal shell, persamaan yang digunakan adalah :

ts = c

P E

f d P_d

 0,6 ) .

.( 2

.

(Brownell & Young,1959.hal.254)

keterangan :

ts = ketebalan dinding shell, in Pd = tekanan desain, psi

D = diameter tangki, in

f = nilai tegangan material, psi Carbon Steel SA-283 Grade C

C-9

12.650 psi (Tabel 13.1, Brownell & Young, 1959:251) E = efisiensi sambungan 0,75

jenis sambungan las (single-welded butt joint without backing strip, no radiographed)

C = korosi yang diizinkan (corrosion allowance) 0,25 in/20 th (Tabel 6, Timmerhaus,1991:542)

Menghitung ketebalan shell (ts) pada courses ke-1:

ts =

) 9690 , 2 3 6 . 0 ( -) 0,75 x psi x((12.650 2 516 x psi 9690 , 2 3  in

+ 0,25 in = 1,1484 in (1,15 in)

Tabel C.2.6. Ketebalan shell masing-masing courses

Courses H (ft) Pdesain (psi) ts (in) ts standar (in)

1 30.0000 29.5152 1.0541 0.8500

2 22.0000 26.8724 0.9820 0.8000

3 14.0000 24.2295 0.9099 0.7500

4 6.0000 21.5867 0.8378 0.7000

 Panjang Shell

Untuk menghitung panjang shell, persamaan yang digunakan adalah :

L =

n weld D_o 12. length) ( -π.

(Brownell and Young,1959) Keterangan :

L = Panjang shell, in Do = Diameter luar shell, in

n = Jumlah plat pada keliling shell

weld length = Banyak plat pada keliling shell dikalikan dengan banyak sambungan pengelasan vertikal yang diizinkan.

= n x butt welding

Menghitung panjang shell (L) pada courses ke-1 : ts = 0,25 in

C-10

Do = Di + 2.ts

= 516 + (2 x 0,8500) = 517,7000 in n = 4 buah

butt welding = 5/32 in (Brownell and Young,1959,hal. 55) weld length = n . butt welding

= 4 . 5/32

= 0,6250 in

L =

4 x 12

(0,6250)

-in) 517,7000 (3,14).(

= 30,2461ft

Tabel C.2.7. Panjang shell masing-masing courses.

Plat ts, (in) do (in) L (ft)

1 0,8500 517,7000 33,8532

2 0,8000 517,6000 33,8466

3 0,7500 517,5000 33,8401

4 0,7000 517,4000 33,8336

h. Desain Head (Desain Atap)

Bentuk atap yang digunakan adalah torispherical flanged and dished head. Jenis head ini untuk mengakomodasi kemungkinan naiknya temperatur di dalam tangki sehingga mengakibatkan naiknya tekanan dalam tangki, karena naiknya temperatur lingkungan menjadi lebih dari 1 atm. Untuk torispherical flanged dan dished head, mempunyai rentang allowable pressuse antara 15 psig (1,0207 atm) sampai dengan 200 psig (13,6092 atm) (Brownell and Young, 1959).

C-11

OD

ID A B

icr

b = tinngi dish

a

t r

OA

sf

C

Gambar C.2.2. Torispherical flanged and dished head.

 Menghitung tebal head minimum

Menentukan nilai stress intensification untuk torispherical dished head dengan menggunakan persamaan (Brownell and Young, 1959):

w = _

  

 

 

icr rc 3 4 1

(Brownell and Young,1959.hal.258) Diketahui :

rc = 516 in

icr = 0,06 x 516 in = 30,96 in Maka :

w = _

  

 



96 , 30

516 3

. 4 1

C-12

Menentukan tebal head dengan menggunakan persamaan (Brownell and Young, 1959,hal. 258):

th = C

0,2P 2fE .w P.r_c  

= 0,25

) 6990 , 32 2 , 0 ( ) 75 , 0 650 . 12 2 ( 7706 , 1 516 6990 , 32 _      

= 1,8374 in (dipakai plat standar 2,5 in)

Untuk th = 2,5 in, Dari Tabel 5.8 (Brownell and Young, 1959)

diperoleh:

sf = 1,5 – 4,5 in

Direkomendasikan nilai sf = 3 in

Keterangan :

th = Tebal head (in)

P = Tekanan desain (psi) rc = Radius knuckle, in

icr = Inside corner radius ( in) w = stress-intensitication factor E = Effisiensi pengelasan C = Faktor korosi (in)

 Depth of dish (b) (Brownell and Young,1959.hal.87)

b =

2 2 2 ) (       _  

 rc icr ID icr rc = 2 2 96 , 30 2 516 ) 96 , 30 516 ( 516       _   

C-13

 Tinggi Head (OA)

OA= th + b + sf (Brownell and Young,1959.hal.87) OA= 1,72 + 87,3782 + 3

= 92,0954 in = 7,6846 ft

i. Menentukan Tinggi Total Tangki

Untuk mengetahui tinggi tangki total digunakan persamaan: Htotal = Hshell + Hhead

= 360 + 92,0954 in = 452,0954 in = 37,6742 ft

j. Desain bagian bawah tangki

Untuk memudahkan pengelasan dan memperhitungkan terjadinya korosi, maka pada lantai (bottom) dipakai plat dengan tebal minimal ½ in. Tegangan yang bekerja pada plat yang digunakan pada lantai harus diperiksa agar diketahui apakah plat yang digunakan memenuhi persyaratan atau tidak (Brownell and Young, 1959).

Tegangan kerja pada bottom :

 Compressive stress yang dihasilkan metil isobutil keton S1 =

2 4 1

i D w

 (Brownell and Young,1959.hal.156)

Keterangan :

S1 = Compressive stress (psi)

w = Jumlah metil isobutil keton (lbm) Di = Diameter dalam shell (in)

C-14

S1 =

2 ) in 516 )( 14 , 3 ( 4 1

lb 1279 , 1688999

= 8,0809 psi

 Compressive stress yang dihasilkan oleh berat shell. S2

144

ρ

X s

 (Brownell and Young,1959.hal.156)

Keterangan :

S2 = Compressive stress (psi)

X = Tinggi tangki (ft)

s



= Densitas shell = 490 lbm/ft3 untuk material steel

 = konstanta (= 3,14)

S2 =

144 490 6843 ,

37 

= 128,1840 psi

Tegangan total yang bekerja pada lantai : St = S1 + S2

= 8,0809 psi + 128,1840 psi = 136,2649 psi

Batas tegangan lantai yang diizinkan :

St < tegangan bahan plat (f) x efisiensi pengelasan (E)

136,2649 psi < (12.650 psi) x (0,75) 136,2649 psi < 9.487,500 psi (memenuhi)

C-15

Tabel. C.2.8. Spesifikasi Tangki Asetat Anhidrit (ST-301) Alat Tangki Penyimpanan Asetat Anhidrit

Kode ST-301

Fungsi Menyimpan Asetat Anhidrid sebanyak 766.113,1144 kg

Bentuk Silinder tegak (vertikal) dengan dasar datar (flat bottom) dan atap (head) berbentuk torispherical. Kapasitas 1.243,4196 m3

Dimensi Diameter shell (D) = 43 ft Tinggi shell (Hs) = 30 ft Tebal shell (ts) = 0,85 in

Tinggi atap = 7,6707 ft Tinggi total = 37,6704 ft Tekanan Desain 29,5152 psi

C-16

2. Storage Tank CO (ST-102)

Fungsi : Menyimpan CO dalam fasa gas Kondisi Operasi :

Temperatur : 303,15 K Tekanan : 20 atm

Tipe Tangki : Bola (spherical)

2 m

Gambar. Tangki CO

a.Menghitung Kapasitas Tangki Laju alir = 770,224 kg/jam

Untuk menjaga kontinuitas produksi maka tangki dirancang untuk lama penyimpanan 1 hari.

Tabel. Densitas hidrogen

Komponen kg/jam wi ρ (kg/m3_{) wi/}ρ

CO 770,224 1,0000 0,3009 3,1874

TOTAL 770,224 1,0000 3,1874

 =







wi wi

=

3,1874 1

C-17

 = 0,2333 kg/m3

= 0,0146 lb/ft3

M = 770,224 Kg

Volume gas hidrogen untuk persediaan :

V =

  





hari jam t

M 24 /

= ₃

/ 0,2333

/ 24 1

/ 770,224

m kg

hari jam x

hari x jam kg

= 80.035,2988 m3

Jumlah bahan baku CO yang harus disimpan dalam 1 hari sebanyak 80.035,2988 kg yang disimpan di dalam delapan buah tangki. Jika disimpan hanya di dalam satu tangki membutuhkan ukuran tangki yang terlalu besar. Digunakan waktu tinggal 1 hari karena sumber bahan baku yang dekat dengan lokasi pabrik.

V = 80.035,2988 m3/ 8 tangki = 10.004,4124 m3

= 353.302,5 ft3

Safety factor = 20% (Peter and Timmerhaus,1991,hal. 37)

Vtangki = (100/80) x VL

= (100/80) x 10.004,4124 m3

= 12.505,5155 m3 = 441.628,1 ft3

b. Menentukan Diameter dan Tinggi Tangki Untuk spheris,

Vtangki =

 

3

3 4

r

C-18

r =

3 / 1 4 3 Vt x        x

r =

3 / 1 3,14 x 4 3 x 5 12.505,515      

r = 14,4016 m = 47,2492 ft

c. Menghitung Tekanan Desain

Ketebalan shell akan berbeda dari dasar tangki sampai puncak. Hal ini karena tekanan zat cair akan semakin tinggi dengan bertambahnya jarak titik dari permukaan zat cair tersebut ke dasar tangki. Sehingga tekanan paling besar adalah tekanan paling bawah. Tekanan desain dihitung dengan :

P abs = P operasi + Phidrostatis

Phidrostatis =

144 ) 1 h (   = 144 1) -(47,2492 x 0,0146 = 0,0047 psi

P operasi = 20 atm

= 20 x 14,696 psi = 293,92 psi

P abs = 293,92 psi + 0,0047 psi

= 293,9247 psi

Tekanan desain 5 -10 % di atas tekanan kerja normal/absolut (Coulson, 1988 hal. 637). Tekanan desain yang dipilih 10% diatasnya.

C-19

Pdesain = 1,1 x Pabs

= 1,1 x 293,9247 psi = 323,3172 psi

d. Menentukan Tebal Dinding

Untuk menentukan tebal dinding, persamaan yang digunakan adalah :

ts = C (Megyesy, 1983, hal.18)

Dimana : ts = Tebal, in

P = Tekanan dalam tangki, psi f = Allowable stress, psi

Material yang digunakan adalah Stainless Steel (austenitic) AISI tipe 316 (Perry, 1984). Maka f = 12.650 psi.

Ketebalan dinding (ts) :

ts =

12.650 x 6

566,9904

323,3172

5 psi in

= 12,0763 in Diambil tebal standar = 12 in

Tabel. Spesifikasi Storage Tank CO

Fungsi Menyimpan CO sebagai bahan baku

Bentuk Bola (spherical)

Kapasitas 10.004,4124 m3

Dimensi Diameter (D) = 14,5056 m = 47,5904 ft Tinggi (Hs) = 14,5056 m = 47,5904 ft Tebal = 12 in

Tekanan Desain 323,3172 psi

Bahan konstruksi Carbon Steel SA 283 Grade C

f x 6

L P 5 t   

C-20

3. Reaktor Fix Bed Mulitube (RE-201)

Fungsi : Mereaksikan Metil Asetat dengan CO untuk membentuk Asetat Anhidrid

Jenis : Reaktor Fixed Bed Multitubular

Kondisi operasi : Isotermal pada suhu (T) 130 o_{C dan tekanan (P) 5 atm}

Katalisator : Rhodium (Rh) Konversi : 90%

Reaksi yang terjadi adalah :

CH3C(=O)OCH3(l) + CO(g) CH3C(=O)O(O=)CCH3(l) …(1)

Metil Asetat CO Asetat Anhidirid

Berikut adalah neraca massa dan neraca energi reaktor (RE-201). Perhitungannya dapat dilihat pada lampiran A dan Lampiran B

 Dari Lampiran A (perhitungan neraca massa) Tabel F.1 Neraca Massa Reaktor (RE-201)

Komponen

Massa Masuk Massa

Terkonsumsi

Massa Tergenerasi

Massa Keluar

F1 F6 F7

Kg/jam Kg/jam Kg/jam Kg/jam Kg/jam Metil Asetat 2.035,607 - 1832,5461 - 203,5607

Air 226,1768 - - - 226,1768

Karbon Monoksida

- 770,224 693,2016 - 77,0224

Asetat Anhidrid

- - - 2525,253 2.525,253

Total

C-21

 Dari Lampiran B (perhitungan neraca panas) Tabel F.2 Neraca Energi Reaktor (RE-201) Komponen

Panas Masuk (kJ/jam)

Panas Generasi

(kJ/jam)

Panas Keluar (kJ/jam)

Panas Konsumsi

(kJ/jam)

Panas Akumulasi

(kJ/jam)

ΔHin ΔHreaksi ΔHout

Asetat

Anhidrid 0,0000

1.279.849,306

526.332,5255

0,0000 0,0000 Metil

Asetat 446.430,64627 44.643,0646

Water 99.574,92624 99.574,9262

CO 84.451,64637 8.445,1646

Air

Pendingin 409.070,614 1.640.381,458

Total 1.039.527,833 1.279.849,306 2.319.377,139 0,0000 0,0000

2.319.377,139 2.319.377,139 0,0000

Massa air pendingin yang digunakan untuk menjaga temperatur operasi reaktor tetap (isothermal) yaitu sebesar 19.519,0559 kg/jam.

 Menghitung Konstanta Kecepatan Reaksi (k)

Persamaan kinetika reaksi untuk aseton adalah sebagai berikut: Orde reaksi adalah orde satu

-ra = k.Ca (yoshihiro, 2005)

Keterangan :

k = konstanta laju reaksi, (m3_/kg.s)

T = Temperatur (K)

CA = konsentrasi metil asetat (kmol/m3)

Cw = konsentrasi water (kmol/m3)

KA = konstanta kesetinbangan adsorpsi metil asetat (m3/kmol)

Kw = konstanta kesetimbangan adsorpsi air (m3/kmol)

Dengan nilai k sebagai berikut : T

12.460

-exp 10 x 746 , 3

C-22 403,15 12.460 -exp 10 x 746 , 3

k  7

= 1,4158 x 10-6 _m3_/kg.s

 Neraca Massa pada 1 tube

Dari perhitungan neraca massa diatas, diperoleh persamaan untuk neraca massa pada satu buah tube adalah sebagai berikut:

ΔW ID W A F

F_{A W ΔW}

Gambar F.1 Persamaan neraca massa pada satu tube

Neraca massa pada elemen volume : w



 

V

(Rate of mass input) - (Rate of mass output) - (Rate of mass reaction) = (Rate of mass accumulation)

0 w ) r ( F

FAW AW W A 

     _   ) r ( F F 0

lim AW W AW    A

     w w  ) r ( w d F

d A    A

FA = FA0 (1- XA)

dFA = - FA0 dXA

Sehingga,  ) r ( w d X d

F A A

A0

  

dengan :

thp = tebal horizontal plat, in

My = bending momen maksimum sepanjang sumbu radial, in-lb

P = beban baut maksimum, lb = 20.132,7745 lb

A = panjang kompresi plate digunakan,

= ukuran baut + 9 in = 1/2 in + 9 in = 10 5/8 in h = tinggi gusset

= 20 in (Brownell and Young, 1959, p.192) b = lebar gusset, in

= ukuran baut + 8 in = 1/2 in + 8 in = 9 5/8 in

l = jarak radial dari luar horizontal plate luar ke shell, in = 6 in

µ = poisson’ratio (untuk steel, µ = 0,3) (Brownell and Young, 1959)

fallow = stress yang diizinkan = 12,000 psi

1 = konstanta dari tabel 10.6 Brownell and Young, 1959

e = jarak konsentrasi beban = setengah dari dimensi nut, in = ½ x 1/2 in = 0,25 in

Ketebalam plat kompresi: l

b _{= 9 5/8 in / 6 in}

= 1,7708 in

Dari tabel 10.6, Brownell and Young, 1λ5λ, diperoleh 1 1 = 0,08059

My = 















 

 1 0,0968

8125 , 0

6 2 ln 3 , 0 1 4

7 17.438,147





thp =

12.000 4.071,0719 6

= 1,4267 in (digunakan plat standar 1 1/2 in) Ketebalan gusset

tg = 3/8 x thp (Pers.10.47, B & Y, 1959)

= 3/8 x 1 1/2 = 9/16 in

dipilih tebal standar = 9/16 in = 0,5625 in

tg=9/16"

a=3,972" l=6"

A=10 5/8"

h=20" b=9 5/8"

2 1/4 “ 2 1/4 "

1 1/4 “ h=20"

Gambar F.13. Detail Lug

 Base Plate Planning

Digunakan I- beam dengan ukuran 10 in dan 35 lb/ft

Panjang kaki (Hlug) = 19,1141 ft

Sehingga berat satu lug = 19,1141 ft x 35 lb/ft

= 668,9942 lb Beban base plate

Pb = berat 1 lug + P

= 668,9942 lb + 69.752,5907 lb = 70.421,5849 lb

m

n

0,95 h

b

0,8 f_w l_e

p_a

Gambar F.14. Sketsa area base plate

Base plate area :

Abp =

f P_b

=

300 9 70.421,584

= 234,7386 in2 (= Abp min)

Dengan:

Pb = base plate loading

f = kapasitas bearing (untuk cor, f = 300 psi) Untuk posisi lug 1-1

Abp = lebar (le) x panjang (pa)

= (0,8 fw + 2n)(0,95 hb + 2m)

dengan :

fw = lebar flange (4,944 in)

hb = kedalaman beam (10 in)

m = n (diasumsikan awal)

Abp = (0,8 x 4,944 + 2n)(0,95 x 10 + 2m)

234,7386 in2 _{= (0,8 x 4,944 + 2n)(0,95 x 10 + 2m)}

maka,

le = (0,8 x 4,944) + (2 x 4,4212)

= 12,7976 in

pa = (0,95 x 10) + (2 x 4,4212)

= 18,3424 in

umumnya dibuat pa = le, maka dibuat pa = le = 12,7976 in

Abp,baru = 1e x pa

= 12,7976 x 12,7976 = 163,7785 in2

nbaru =

2 ) . 8 , 0 1

( _e  f_w

=





2 944 , 4 8 , 0 12,7976  = 4,4212 in

mbaru =





2 . 95 , 0 _b a h p  =





2 10 95 , 0 12,7976 

= 1,6488 in

Tekanan aktual, Pa :

Pa =

baru bp, b A P = 163,7785 9 70.421,584

= 425,8959 psi

Tebal base plate:

tbp = (0,00015 x Pa x n2)1/2

= (0,00015 x 425,8959 x 4,4212 2)1/2

Perancangan Pondasi

Perancangan pondasi dengan sistem konstruksi beton terdiri dari campuran semen: kerikil : pasir, dengan perbandingan 1 : 2 : 3. Direncanakan pondasi berbentuk limas terpancung. Dianggap hanya gaya vertikal dari berat kolom yang bekerja pada pondasi.

Berat vesel, termasuk perlengkapannya yang diterima oleh : I-Beam pada kondisi operasi = 279.010,3628 lbm

Berat I-Beam yang diterima oleh base plate = 70.421,5849 lbm +

Jadi berat total yang diterima oleh pondasi = 349.431,9477 lb Digunakan tanah dengan ukuran :

Luas bagian atas (a) = 14.400 in2 _{(120 in x 120 in)}

Luas bagian bawah (b) = 15.625 in2 (125 in x 125 in)

= 108,5069 ft2

Tinggi pondasi = 30 in

Volume pondasi = 1/3 x tinggi pondasi x ((a+b) + (axb)1/2 )

= 450.250 in3

= 260,5613 ft3

Berat pondasi (W) = V x densitas beton = 260,5613 ft3 x 140 lb/ft

= 36.478,5880 lb Jadi berat total yang diterima tanah adalah

Wtot = Berat total yang diterima pondasi + berat pondasi

= 349.341,9477 lb + 36.478,5880 lb = 385.910,5356 lb

Keterangan :

P = Beban yang diterima tanah (lb) F = Luas alas (ft2)

Jadi tegangan karena beban (г) μ

Г =

b W_tot

=

5069 , 108

56 385.910,53

= 3.556,5515 lb/ft2

= 1,5877 ton/ft2 < 10 ton/ft2

Pondasi dapat dipasang pada tanah clay, sebab tegangan tanah karena beban kurang dari safe bearing maksimal pada tanah clay.