Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
BAB III PROSES PRODUKSI
Proses Air Separation Plant yang digunakan di PT. Samator Gas Industri meliputi tahapan – tahapan sebagai berikut :
3.1 Raw Air yang meliputi :
Gambar 3.1. Flowsheet Raw Air
3.1.1 Filtarsi udara umpan Bahan baku utama industri ini adalah udara bebas. Udara bebas
yang diperoleh langsung dari alam masih mengandung pengotor, misalnya debu, pasir dan lain – lain. Pengotor –pengotor tersebut perlu dipisahkan
terlebih dahulu supaya tidak mengganggu proses pemisahan udara dan menurunkan kemurnian produk.
Aliran udara Aliran Waste nitrogen
Alat yang sedang beroperasi
Alat yang sedang diregenerasi
Filter Air Freon Refrigerating Unit
MS Adsorpsi Heater
Silencer Compressor
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
Filtrasi udara dilakukan berurutan, dimulai dari memisahkan pengotor yang berukuran relatif besar hingga yang berukuran relatif kecil.
Hal ini dilakukan dengan melewatkan udara luar melalui 3 jenis filter sebelum diproses lebih lanjut.
Tiga jenis filter tersebut adalah sebagai berikut : a. Eliminator Filter
Filter ini berupa kasa yang berfungsi untuk menyaring kotoran yang memiliki ukuran partikel yang besar seperti serangga atau daun –
daunan. b. Roll Filter
Filter ini memiliki ukuran pori 10 mikron. Fungsinya untuk menyaring kotoran dengan ukuran partikel sedang.
c. Bag Filter Filter ini memiliki ukuran 2 mikron yang berfungsi untuk menyaring
kotoran yang memiliki ukuran partikel yang kecil misalnya partikel – partikel debu halus.
Setelah beberapa waktu digunakan, maka pengotor akan terakumulasi pada filter. Indikator penggantian filter adalah pressure drop
pada filter. Bila perbedaan tekanan pada aliran udara masuk dan keluar filter mencapai 25 mmH
2
O di skala kontrol, maka perlu dilakukan penggantian filter. Biasanya penggantian filter dilakukan setiap 6 bulan
sekali.
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
3.1.2 Kompresi udara umpan Proses berikutnya adalah kompresi udara umpan hingga tekanannya
sesuai dengan tekanan pada kolom distilasi yaitu 5,3 bar. Proses ini berlangsung pada Air Compression Unit ACU. Kompresor yang
digunakan dalam unit ini adalah centrifugal compressor. kompresor ini dipilih karena proses produksi dijalankan pada tekanan yang relatif rendah
5 bar. Kompresi udara dilakukan melalui 3 tahap kompresi. Hal ini lebih menghemat energi bila dibandingkan dengan melakukan satu tahap
kompresi. selain itu, kenaikan tekanan secara bertahap bertujuan untuk menjaga temperatur udara tidak naik terlalu tinggi.
Peningkatan tekanan akan menyebabkan naiknya temperatur udara keluar. Udara tersebut perlu didinginkan setiap keluar dari tahapan
kompresi. Pendingin udara yang keluar dari kompresi tahap I dan II disebut intercooler I dan II. Sedangkan pendigin udara yang keluar dari
kompresi tahap III disebut aftercooler. Pendingin yang keluar adalah air. Pada tahap I, udara bertekanan 1 atm ditekan hingga 1,8 bar dengan
kenaikan temperatur menjadi 42°C. Udara keluar tahap I didinginkan hingga hingga 32°C melalui intercooler I. Pada tahap II, udara dinaikkan
lagi tekanannya menjadi 3 bar dan temperatur suhu naik menjadi 40°C. Udara keluar tahap II didinginkan hinga 32°C melalui intercooler II. Pada
tahap III, udara dikompresi hingga 5,3 bar dan temperatur udara mencapai 42°C. Udara keluar tahap III didinginkan hingga 36°C melalui aftecooler.
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
Sebagai pelumas digunakan oli sebanyak 400 liter yang memiliki masa operasi selama 8000 jam. Setelah masa tersebut oli harus diganti.
Tabel 3.1. Parameter yang harus dikontrol pada ACU : No
Uraian Kode
Satuan Standar
1 2
3 4
Air flow rate Ac -Delivery
Ammeter AC – Delivery
Temperatur FIC1791
PIC1791 EI1701
TI1791 Nm
3
h Kgcm
2
A °C
9500 – 10500 4,9 – 5,5
Max 230 Max 43
3.1.3 Pemurnian udara umpan
Tahapan ini meliputi pemisahan kandungan air dan CO
2
dari udara. Pemisahan ini perlu dilakukan karena untuk mencegah bekunya air dan
CO
2
pada proses berikutnya yang bertemperatur -190°C sehingga dapat menyebabkan penyumbatan pada perpipaan serta menurunkan efisiensi
tray pada kolom distilasi. Pemisahan air dilakukan di drain separator. Dan CO
2
di MS Molecular Sieve Adsorber. Udara yang keluar dari aftercooler bersuhu sekitar 36°C selanjutnya
didinginkan terlebih dahulu pada Freon Refrigerating Unit FRU yang menggunakan R22 CClF
2
yang bertitik didih 4,4°C sehingga mencapai suhu antara 8 - 12°C. Pendingin ini akan menyebabkan freon terevaporasi.
Freon berfase gas ini kemudian dikompresi sehingga dapat terkondensasi di kondensor dengan melepaskan panas ke lingkungan. Freon berfase cair
ini kemudian digunakan kembali untuk mendinginkan udara dan demikian proses ini berulang. Pendingin tersebut bertujuan agar saat dilakukan
ekspansi pada drain separator, uap air di udara akan mengembun. Pada
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
drain separator , ekspansi dilakukan hingga tekanan berkurang dari 5,3 bar
menjadi 5 bar. Air embunan tersebut dikeluarkan secara berkala untuk menjaga tekanan di dalam drain separator tetap stabil. Udara keluar dari
drain separator memiliki kandungan air sekitar 1. Udara keluar dari drain separator dialirkan menuju MS Adsorber
untuk memisahkan CO
2
dan sisa uap air yang masih terkandung di dalamnya. Udara kemudian dipisahkan menggunakan MS adsorber. Di
dalam MS adsorber terdapat 2 jenis adsorbent, yaitu molecular sieve yang berfungsi untuk menyerap CO
2
dan alumina gel untuk menyerap uap air. Kedua adsorbent tersebut diletakkan dalam sebuah vessel.vessel yang
digunakan berjumlah 2 buah yang digunakan secara bergantian supaya produksi berlangsung secara kontinyu. Waktu operasi untuk setiap vessel
adalah 4 jam sebelum adsorbent menjadi jenuh dan haru diregenerasi. Tahap – tahap regenerasi adsorbent meliputi :
1. Penurunan tekanan Pada tahap ini tekanan dalam kolom adsorbent diturunkan 5,3 bar
menjadi 0,4 bar. 2 Pemanasan
Adsorbent dipanaskan hingga mencapai 150°C menggunakan waste gas yang terlebih dahulu dipanaskan menggunakan heater sehingga
suhunya mencapai 200°C. Tahap ini bertujuan untuk mereaktivasi adsorbent.
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
3 Pendinginan Adsorbent didinginkan kembali menggunakan waste gas yang tidak
dipanaskan sehingga temperaturnya mencapai 40°C. 4 Penekanan
Tahapan terakhir dari regenerasi adalah mengembalikan tekanan di dalam kolom adsorber hingga mencapai 5,3 bar. Tekanan harus
dinaikkan secara perlahan – lahan agar molecular sieve dan alumina gel
tidak cepat rusak pecah. Waktu yang dibutuhkan untuk pressurizing adalah 25 menit.
Udara keluar dari MS adsorber adalah udara kering yang bebas CO
2
dengan suhu 10°C dengan tekanan 5,3 bar 3.2 Heat Exchanger
Udara yang keluar dari MS Adsorber dialirkan ke dalam Main Heat Exchanger E01 untuk didinginkan dari 10°C hingga temperatur -173°C
dengan pendingin liquid raw argon yang keluar dari crude argon condensor R64, gas nitrogen yang keluar dari upper colomn R21, gas oksigen yang
keluar dari main condensor R62 dan waste gas yang keluar dari sub cooler E02.
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
Gambar 3.2. Flowsheet Heat Exchanger 3.3 Rectification
3.3.1. Pembuatan Nitrogen Udara dari main heat exchanger E01 tersebut dialirkan
kebagian bawah kolom tekanan tinggi high pressure column. Dalam kolom tersebut, gas nitrogen dan udara cair terpisah.
Udara terpisah menjadi gas nitrogen murni dibagian atas kolom dan liquid air yang kaya oksigen di bagian bawah. Terjadi
pemisahan karena titik cair oksigen -183°C maka suhu oksigen lebih tinggi daripada suhu kolom atas -190°C. Sehingga oksigen akan
mencair dan turun kebagian bawah kolom atas. Sedangkan titik cair nitrogen adalah -195,8°C lebih rendah
dari suhu kolom atas maka nitrogen berbentuk gas akan naik ke
R41 R21
R21
R41
Aliran Nitrogen Aliran oksigen
Aliran Argon Aliran udara
Aliran Waste nitrogen E01
Heat Exchanger
R61 R62
Kolom distilasi
R21
R41
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
bagian atas. Gas nitrogen kemudian dialirkan ke kondensor R61 R62 yang berada di dalam kolom tekanan rendah low pressure
colomn terjadi pertukaran panas antara gas nitrogen dengan liquid
oksigen dari kolom atas, sehingga sebagian gas nitrogen terkondensasi menjadi liquid nitrogen.
Aliran nitrogen tersebut dialirkan ke subcooler E02 untuk didinginkan lebih lanjut dari -173°C hingga temperatur -191°C.
Supaya gas nitrogen terkondensasi menjadi liquid nitrogen. Aliran liquid nitrogen yang keluar dari subcooler dibagi menjadi 3 aliran
yaitu aliran menuju kolom atas, alian produk liquid nitrogen dan aliran menuju kolom pure argon condensor.
Aliran liquid nitrogen yang menuju kolom atas yang bertekanan lebih rendah akan mengalami ekspansi dan berubah fase
menjadi gas nitrogen yang dapat digunakan untuk mendinginkan liquid air yang berasal dari kolom bawah.
Aliran produk liquid nitrogen dialirkan melalui nitrogen subcooler E06 agar suhunya semakin rendah dengan upaya
menjaga kualitas produk dengan menggunakan gas nitrogen sebagai pendingin yang berasal dari aliran liquid produk nitrogen yang
mengalami ekspansi menjadi gas nitrogen.
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
Gambar 3.3. Flowsheet Rectification. 3.3.2.
Pembuatan Oksigen Sumber oksigen adalah udara cair yang berasal dari bagian
bawah kolom bawah. Udara cair tersebut didinginkan disubcooler E02 dengan pendingin waste gas dan gas nitorgen yang berasal
dari kolom atas. Kemudian udara cair dialirkan kekolom atas yang terekspansi menjadi gas air. Udara yang berfase gas didinginkan
oleh gas nitrogen sehingga suhunya menjadi lebih rendah -190°C dan titik didih oksigen -182,81°C. Karena itu, liquid oksigen akan
terbentuk dan terkumpul dibagian kolom atas, namun liquid oksigen tidak dapat langsung mengalir ke storage tank karena
tekanan pada kolom atas 0,53 Kgcm
3
lebih rendah daripada
LN LN
LN GN
GN R61
R62
Kolom distilasi
R21
R41
Aliran Nitrogen Aliran Oksigen
Aliran Argon Aliran Waste Nitrogen
E02 E06
Subcooler Nitrogen Subcooler
Delivery pump
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
tekanan di storage tank 1 atm. Oleh karena itu, liquid oksigen harus dipompa menggunakan oxygen delivery pump dengan jenis
centrifugal pump dimana terdapat 2 alat yang satunya sebagai
cadangan pengganti jika terjadi kerusakan pada pompa yang sedang beroperasi. Setelah di pompa aliran oksigen dibagi 2 aliran,
yaitu liquid oksigen yang dikembalikan ke kolom rektifikasi bagian atas, agar suhu kolom atas tetap terjaga.
Aliran liquid oksigen yang menuju storage tank sebelumnaya didinginkan lebih lanjut oleh subcooler E02.supaya temperaturnya
lebih rendah lagi dalam upaya menjaga kulaitas produk. Kemudian oksigen cair ini dialirkan ke strorage tank.
3.3.3. Feed Argon
Feed argon didapat dari bagian tengah rectifyng coloumn yang merupakan hasil dari pemisahan cairan kaya oksigen dan
argon pada kolom rectifyng bagian atas. 3.4 Recycle Nitrogen Compressor RNC
Tujuan dari sistem ini untuk menjaga suhu yang ada pada kolom rektifikasi bagian bawah.
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
Gambar 3.4. Flowsheet Recyle Nitrogen Compressor RNC. Sekitar 4,6 kgcm
2
gauge gas nitrogen dari main heat exchanger E01 dijadikan umpan pada recyle nitrogen compressor unit RNC unit
yang terdiri dari 4 stage dan masing – masing dilengkapi cooler. Di RNC unit ini, tekanan gas nitrogen, dipersbesar sampai 30 kgcm
2
gauge. Tabel 3.2. Parameter yang harus dikontrol pada RNC :
No Uraian
Kode Satuan
Standar 1
2 3
Flow rate RNC Pressure
Ammeter FIC2792
PIC2792 EI2701
Nm
3
H Kgcm
2
A 18000 - 25000
26 – 33 Max 455
Kemudian diumpankan pada Warm Expansion turbin WET, gas nitrogen yang keluar dari RNC menggerakkan impeler pada WET sehingga
terjadi proses energi mekanik dengan kecepatan putaran maximum 72,5 Krpm dan tekanan mengalami kenaikan kurang lebih sebesar 46 bar.
Aliran Nitrogen Alat yang sedang
beroperasi Atas
WET WET Booster After Cooler
Bawah CET CET Booster After
Cooler RNC
E03 After Cooler
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
Tabel 3.3. Parameter yang harus dikontrol pada WET : No
Uraian Kode
Satuan Standar
1 2
3 4
Nozzle opened ET inlet
temperatur ET outlet
temperatur Rotation
HV3102 TI3193
TI3194 SI3101
°C °C
Krpm 0 - 100
0 - 30 -110 – -50
Max 72,5
Kemudian didinginkan melalui aftercooler E03 sebagian besar terbentuk liquid yang akan dijadikan reflux pada rectification bagian bawah
dan sebagian kecil berbentuk gas dialirkan ke Warm Expansion Turbin WET untuk menggerakkan booster agar menjaga kestabilan tekanan pada
WET agar tidak terlalu besar. Gas nitrogen dari RNC dibagi 2 aliran yaitu aliran menuju WET
dan CET. Untuk aliran yang diumpankan ke CET juga akan mengalami kenaikan tekanan kurang lebih 43 kgcm
2
. Tabel 3.4. Parameter yang harus dikontrol pada CET :
No Uraian
Kode Satuan
Standar 1
2
3 4
Nozzle opened ET inlet
temperatur ET outlet
temperatur Rotation
HV3112 TI3198
TI3199 SI3111
°C °C
Krpm `0 - 100
-112,5--50 -180 – -50
Max 52,8
Setelah dari CET gas nitrogen akan didinginkan melalui subcooler E03 sehingga terjadi penurunan suhu. Kemudian dialirkan menuju CET
untuk menggerakkan booster. Lalu menuju ke aftercooler E03 gas nitrogen direcycle kembali untuk umpan RNC.
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
3.5 Argon Rectification dan Argon Dryer
Gambar 3.5. Flowsheet Argon Rectification. Feed gas Argon diambil dari bagian tengah rectifyng colomn atas.
Kadar argon dalam gas berkisar antara 8 sampai 12. Kemudian gas tersebut dialirkan kebagian bawah crude argon colomn R23 dengan
temperatur -181°C dan tekanan 0,46 kgcm
2
. pada crude argon colomn, gas feed akan dicairkan dengan memanfaatkan liquid air.
Pada crude argon colomn ini akan mendapatkan liquid raw argon. Sebelum dialirkan ke argon purifier, liquid raw argon akan digunakan untuk
mendinginkan gas air di main heat exchangerE01 sehingga menjadi raw argon yang berupa gas yang masih mengandung oksigen.
GN LN
R64 R63
R23 R65
R24
E21 Argon Heat Exchanger
Aliran Nitrogen Aliran Argon
Aliran Udara Aliran Oksigen
Aliran Waste Nitrogen
Crude Argon
Colomn Pure
Argon Colomn
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
Gambar 3.6. Flowsheet Argon Dryer. Raw argon yang masih mengandung oksigen akan dihilangkan
kandungan oksigen dalam argon purifier dengan mereaksikan hidrogen dan oksigen dengan katalis palladium, sehingga terbentuk uap air.
Reaksi antara hidrogen dan oksigen bersifat eksotermal dan panas yang dihasilkan akan didinginkan oleh argon cooler. Uap air yang
terkandung didalam argon akan mengembun dan ditampung dalam drain separator. Sisa uap air dalam argon yang tidak terembunkan akan
dihilangkan dalam argon dryer yang berisi silica gel dan molecular sieve yang akan menyerap uap air dan CO
2
. Setelah keluar dari argon dryer akan dialirkan kedalam argon heat
exchanger E21 untuk didinginkan. Argon yang telah didinginkan, akan
Aliran Nitrogen Aliran oksigen
Aliran Argon
Argon Dryer Heater
Argon Cooler Argon Purifier
Aliran Hidrogen
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
dimasukkan ke bagian tengah pure argon colomn untuk dikondensasi, sedangkan gas yang tidak terkondensasi di pure argon colomn akan dibuang
ke atmosfer. Tabel 3.5. Parameter yang harus dikontrol pada Analyzer :
NO Uraian
Kode Satuan
Standar 1
2 3
4 5
6 7
8 9
10 MS outlet gas air
Waste gas Feed argon
Raw argon O
2
dalam liquid argon
N
2
dalam liquid argon
H
2
dalam dryer argon Produk liquid N2
Produk liquid O
2
Produk gas N
2
QIA2401 QI3501
QI4101 QIA4701
QIA4201 QIA4202
QIA4702 QIA3502
QIA3503 QIA3401
ppm CO
2
O
2
Ar O2
ppm O2 ppm N2
H2 ppm O2
O2 ppm O2
Maks 1 Mode I : 4 – 10
Mode II : 11 - 40 5 – 14
1,5 – 7,5 Maks 2
Maks 10 1,2 – 2
0 – 2 Min 99,5
Maks 3
Jurusan Teknik Kmia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
1 2
3 3
4 5
6 7
8 9
10 14
15 16
17
18 19
11 12
13
20 21
22
Lay out pada Air Separation Plant di PT Samator Gas Industri
Gambar 3.7. Lay out Air Separation Plant ASP
Keterangan : 1. Cooling Water Sistem
2. Ruang control 3. Moleculer Sieve Adsorbsi
4. Buffer tank 5. Air Compressor Unit ACU
6. Argon dryer 7. Argon purifier
8. Filter Air 9. Freon Refrigerator Unit FRU
10. Drain separator 11. Inter Cooler
12. After cooler 13. Recycle Nitrogen Compressor RNC
14. Control panel 15. Expander dan Booster
16. Liquid Resistor 17. Silencer
18. Cold Box 19. Liquified Gas Drainage tank
20. Storage tank nitrogen 21. Storage tank argon
22. Storage tank oksigen
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN” Jawa Timur
Laporan Praktek Kerja lapangan PT. Samator Gas Industri Unit Air Separation Plant ASP
BAB IV SPESIFIKASI PERALATAN