Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Hexamine dari Formaldehid dan Amonia dengan Proses Leonard dengan Kapasitas 6000 Ton/Tahun
PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN HEXAMINE DARI FORMALDEHID DAN
AMONIAK DENGAN FPROSES LEONARD DENGAN KAPASITAS 6000 TON /TAHUN
SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia
DISUSUN OLEH:
SITIHODIJAH RITONGA
NIM: 07 0405 015
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan anugerah-Nya sehingga penulis akhirnya dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Hexamine dari Formaldehid dan Amonia dengan Proses Leonard dengan Kapasitas 6000 Ton/Tahun.
Tugas Akhir ini dikerjakan sebagai syarat untuk kelulusan dalam sidang sarjana. Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam mengerjakan Tugas akhir ini penulis begitu banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Eng. Irvan, MSi sebagai Dosen Pembimbing yang telah membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.Si sebagai co-Dosen Pembimbing yang telah membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Ibu Ir. Renita Manurung, MT sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Dr. Eng. Irvan, MSi, Ketua Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MSi, Sekretaris Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
6. Ayahanda A. Ritonga dan Ibunda N. Pane tercinta, yang senantiasa teguh dalam memperjuangkan kuliah penulis hingga selesai dan selalu menemani penulis.
7. Saudara kandung penulis, kakanda Subur, Arfaini, Mahir, serta adinda Murni dan Aysah yang selalu memberi motivasi dan semangat kepada penulis.
Universitas Sumatera Utara
8. Partner penulis, Arma Sari Tarigan, atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini dalam suka dan duka.
9. Teman-teman penulis, Fitriah Sairi, Dahlia, Hanifah Wita Utami, Lia Murti, Bambang W.P., M. Darwis, Edo Rizkon, Yuda, Yani dan teman-teman 07 semua yang terus menyemangati penulis selama penyusunan skripsi.
10. Para senior Penulis, kak Senafati, ST, kak Refina Sari, ST, kak Siti Fatimah, ST, kak Meutia Mirnandaulia, ST, bg Dahyat, ST yang telah memotivasi dan membantu dalam kelengkapan bahan penyusunan skripsi.
11. Para Junior Penulis, Wan Rizki, Sari, Fitri, dan adik-adik junior 2008, 2009, 2010, 2011 semua yang telah memberikan bantuan dan doa kepada penulis.
12. Serta pihak-pihak yang telah ikut membantu penulis namun tidak tercantum namanya.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan penulisan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih.
Medan, Juli 2012 Penulis,
Sitihodijah Ritonga 070405015
Universitas Sumatera Utara
INTISARI
Hexamine banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan peledak dan
sebagai bahan baku antiseptik. Selain itu juga banyak digunakan di bidang
industri seperti resin digunakan sebagai curing agent, karet digunakan sebagai
accelerator yaitu agar karet menjadi elastis, tekstil digunakan sebagai
shrinkproofing agent dan untuk memperindah warna, makanan digunakan sebagai
bahan fungisida dan serat selulosa digunakan untuk menambah elastisitas.
Pra rancangan pabrik pembuatan Hexamine dari formaldehid dan amoniak
dengan proses Leonard, direncanakan akan berproduksi dengan kapasitas 6000
Ton/Tahun dan beroperasi selama 330 hari dalam satu tahun.
Lokasi pabrik yang direncanakan adalah di daerah dekat bahan baku yakni Jambi, dengan luas areal 11.208 m2. Tenaga kerja yang dibutuhkan 144 orang
dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem organisasi dan
staf.
Hasil evaluasi ekonomi Pabrik Pembuatan Hexamine ini sebagai berikut:
Total Modal Investasi
: Rp. 591.144.847.297,-
Total Biaya Produksi
: Rp. 316.330.291.993,-
Hasil Penjualan
: Rp. 540.000.030.240,-
Laba Bersih
: Rp. 155.803.472.689,-
Profit Margin (PM)
: 41,21 %
Break Even Point (BEP)
: 46,56 %
Return on Investment (ROI) : 26,36 %
Pay Out Time (POT)
: 3,79 tahun
Return on Network (RON)
: 43,93 %
Internal Rate of Return (IRR) : 39,01 %
Dari hasil evaluasi ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Hexamine ini layak untuk didirikan.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Hal KATA PENGANTAR..............................................................................................i INTISARI.............................................................................................................. iii DAFTAR ISI ..........................................................................................................iv DAFTAR TABEL .................................................................................................vii DAFTAR GAMBAR........................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................xiv BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. I-1
1.1 Latar Belakang............................................................................ I-1 1.2 Perumusan Masalah .................................................................... I-2 1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik ..................................................... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DESKRIPSI PROSES...................... II-1 2.1 Hexamine .................................................................................. II-1 2.2 Sifat – sifat Bahan baku, Bahan Penyerta, dan Produk................ II-1
2.2.1 Amoniak ........................................................................II-1 2.2.2 Formaldehid ...................................................................II-2 2.2.3 Formalin.........................................................................II-2 2.2.4 Hexamethylenetetramine ................................................ II-3 2.3 Perhitungan Rumus Antoine ...................................................... II-3 2.4 Proses Pembuatan Hexamine .................................................... II-4 2.3.1 Meissner.........................................................................II-4 2.3.2 Leonard..........................................................................II-5 2.3.3 AGF Lefebvre ................................................................ II-5 2.5 Pemilihan Proses........................................................................II-6 2.6 Deskripsi Proses ........................................................................II-6 BAB III NERACA MASSA ............................................................................III-1 3.1 Reaktor 1 (R-101).....................................................................III-1 3.2 Evaporator I (FE-101)...............................................................III-1 3.3 Evaporator II (FE-102)..............................................................III-2 3.4 Centrifuge (FF-101)..................................................................III-2
Universitas Sumatera Utara
3.5 Rotarry Dryer (DE-101)............................................................III-2 BAB IV NERACA ENERGI ......................................................................... IV-1
4.1 Reaktor 1 (R-101).................................................................... IV-1 4.2 Evaporator I (FE-101).............................................................. IV-1 4.3 Ejektor 1 (EJ-101).................................................................... IV-2 4.4 Kondensor 1 (E-101)................................................................ IV-2 4.5 Evaporator II (FE-102)............................................................. IV-2 4.6 Ejektor II (EJ-102)................................................................... IV-3 4.7 Kondensor II (E-102)............................................................... IV-3 4.8 Cooler (E-103)......................................................................... IV-3 4.9 Rotarry Dryer (DE-101)........................................................... IV-4 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ...........................................................V-1 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ................... VI-1 6.1 Instrumentasi ........................................................................... VI-1 6.2 Keselamatan Kerja Pabrik........................................................ VI-5 6.3 Keselamatan Kerja pada Pabrik Pembuatan Hexamine............. VI-6
6.3.1 Pencegahan Terhadap Kebakaran dan Ledakan ............... VI-6 6.3.2 Peralatan Perlindungan Diri ............................................ VI-8 6.3.3 Keselamatan Kerja Terhadap Listrik .............................. VI-8 6.3.4 Pencegahan Terhadap Ganguan Kesehatan...................... VI-9 6.3.5 Pencegahan Terhadap Bahaya Mekanis........................... VI-9 BAB VII UTILITAS......................................................................................V11-1 7.1 Kebutuhan Uap (Steam).......................................................... VII-1 7.2 Kebutuhan Air ........................................................................ VII-2 7.3 Kebutuhan Bahan Kimia......................................................... VII-9 7.4 Kebutuhan Listrik................................................................... VII-9 7.5 Kebutuhan Bahan Bakar ....................................................... VII-10 7.6 Unit Pengolahan Limbah ...................................................... VII-12 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK...................................VIII-1 8.1 Lokasi Pabrik.........................................................................VIII-1 8.2 Tata Letak Pabrik ..................................................................VIII-6 8.3 Perincian luas tanah ...............................................................VIII-7
Universitas Sumatera Utara
BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN .................. IX-1 9.1 Organisasi Perusahaan ........................................................... IX-1 9.2 Manajemen Perusahaan ........................................................... IX-3 9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ................................................... IX-4 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab ...................... IX-6 9.5 Sistem Kerja ............................................................................ IX-8 9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan .............................. IX-9 9.7 Sistem Penggajian ................................................................. IX-11 9.8 Fasilitas Tenaga Kerja ........................................................... IX-12
BAB X ANALISA EKONOMI ......................................................................X-1 10.1 Modal Investasi .........................................................................X-1 10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/Total Cost (TC) .............................X-4 10.3 Total Penjualan (Total Sales) .....................................................X-5 10.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha .......................................................X-5 10.5 Analisa Aspek Ekonomi ............................................................X-5
BAB XI KESIMPULAN ................................................................................ XI-1 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Hal Tabel 1.1 Tabel 2.1
Tabel 3.1 Tabel 3.2 Tabel 3.3 Tabel 3.4 Tabel 3.5 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Tabel 4.9 Tabel 6.1
Tabel 6.2 Tabel 7.1 Tabel 7.2 Tabel 7.3 Tabel 7.4 Tabel 7.5 Tabel 8.1 Tabel 9.1 Tabel 9.2 Tabel 9.3
Data Impor Hexamine Indonesia ..................................................... I-2 Jenis Proses Pembuatan Hexamine Serta Kelebihan dan Kekurangannya ..............................................................................II-6 Neraca Massa pada Reaktor (R-101) .............................................III-1 Neraca Massa pada Evaporator I (FE-101) ....................................III-1 Neraca Massa pada Evaporator II (FE-102) ...................................III-2 Neraca Massa pada Centrifuge (FF-101) .......................................III-2 Neraca Massa pada Rotarry Dryer (DE-101) .................................III-2 Neraca Energi pada Reaktor 1 (R-101) ......................................... IV-1 Neraca Energi pada Evaporator I (FE-101)................................... IV-1 Neraca Energi pada Ejektor 1 (EJ-101)......................................... IV-2 Neraca Energi pada Kondensor 1 (E-101)..................................... IV-2 Neraca Energi pada Evaporator II (FE-102).................................. IV-2 Neraca Energi pada Ejektor II (EJ-102)........................................ IV-3 Neraca Energi pada Kondensor II (E-102).................................... IV-3 Neraca Energi pada Cooler (E-103).............................................. IV-3 Neraca Energi pada Rotarry Dryer (DE-101)................................ IV-4 Daftar Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Hexamine .................................................................................... VI-4 Peralatan Perlindungan Diri.......................................................... VI-8 Kebutuhan Uap sebagai Media Pemanas ..................................... VII-1 Kebutuhan air Pendingin pada Alat ............................................. VII-2 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan ................................. VII-3 Kualitas Air Sungai ..................................................................... VII-3 Spesifikasi Komposisi Limbah Proses ....................................... VII-12 Perincian Luas Tanah .................................................................VIII-7 Jadwal Kerja Karyawan Shift........................................................ IX-9 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya........................................... IX-9 Perincian Gaji Karyawan............................................................ IX-11
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk..............................................LA-1
Tabel LB.1 Kapasitas Panas Gas.................................................................... LB-1 Tabel LB.2 Kapasitas Panas Cairan ............................................................... LB-2 Tabel LB.3 Panas Perubahan Fasa ................................................................. LB-2 Tabel LB.4 Panas Reaksi Komponen ............................................................. LB-2 Tabel LB.5 Estimasi Kapasitas Panas Liquid hexamine.................................. LB-2 Tabel LB.6 Estimasi Kapasitas Panas solid hexamine .................................... LB-3 Tabel LB.7 Panas Masuk Alur I..................................................................... LB-4 Tabel LB.8 Panas Masuk Alur 2 .................................................................... LB-4 Tabel LB.9 Panas Masuk Alur 3 .................................................................... LB-5 Tabel LB.10 Neraca Panas Reaktor.................................................................. LB-6 Tabel LB.11 Panas Masuk Alur 3 .................................................................... LB-6 Tabel LB.12 Panas Masuk Alur 14 .................................................................. LB-7 Tabel LB.13 Panas Masuk Alur 5 .................................................................... LB-8 Tabel LB.14 Panas Masuk Alur 4 .................................................................... LB-8 Tabel LB.15 Neraca Panas Evaporator I .......................................................... LB-9 Tabel LB.16 Panas Masuk Alur 5 ...................................................................LB-10 Tabel LB.17 Panas Masuk Alur 6 ...................................................................LB-11 Tabel LB.18 Neraca Panas Ejector..................................................................LB-12 Tabel LB.19 Panas Masuk Alur 7 ...................................................................LB-13 Tabel LB.20 Neraca Panas Condensor ............................................................LB-14 Tabel LB.21 Panas Masuk Alur 8 ...................................................................LB-15 Tabel LB.22 Panas Masuk Alur 9 ...................................................................LB-16 Tabel LB.23 Neraca Panas Evaporator II ........................................................LB-16 Tabel LB.24 Panas Masuk Alur 10 .................................................................LB-18 Tabel LB.25 Neraca Panas Ejektor I ...............................................................LB-18 Tabel LB.26 Panas Masuk Alur 11 .................................................................LB-19 Tabel LB.27 Neraca Panas Condensor ............................................................LB-20 Tabel LB.28 Panas Masuk Alur 12 .................................................................LB-21 Tabel LB.29 Neraca panas Cooler...................................................................LB-22 Tabel LB.33 Panas Masuk Alur 15 .................................................................LB-24
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.34 Panas Masuk Alur 16 .................................................................LB-25 Tabel LB.35 Rotary Dryer ..............................................................................LB-25 Tabel LC.1 Ukuran dan Dimensi Standar Steam Ejektor ...............................LC-35 Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin.................................... Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya...........................LE-1 Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift..................................................LE-3 Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses...................................................LE-6 Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah ...........LE-7 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi ............................................................LE-9 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ..............................................................LE-12 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas ...................................................................LE-15 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja................................................................LE-16 Tabel LE.9 Aturan Depresiasi Sesuai UU Republik Indonesia
No.17 Tahun 2000......................................................................LE-17 Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi Sesuai UU RI
No. 17 Tahun 2000.....................................................................LE-18 Tabel LE.11 Data Perhitungan BEP................................................................LE-28 Tabel LE.12 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) .........................LE-29
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Hal Gambar 6.1 Instrumentasi pada Alat .............................................................. VI-5 Gambar 7.1 Diagram Alir Pengolahan Air Pra Rancangan Pabrik Pembuatan
Hexamine dari Amoniak dan Formaldehid ................................VII18 Gambar 8.1 Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Hexamine...........VIII-9 Gambar 9.1 Bagan Struktur Organisasi Perusahaan Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Hexamine ................................................... IX-13 Gambar LD.1 Spesifikasi screening ................................................................. LD-1 Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower .... LD-29 Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*– Hy) .............................................. LD-30 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan ..................................................................LE-5 Gambar LE.4 Grafik BEP .............................................................................. LE-27
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Hal LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ..................................... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS...................................... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN..................... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS ............... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI.....................................LE-1
Universitas Sumatera Utara
INTISARI
Hexamine banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan peledak dan
sebagai bahan baku antiseptik. Selain itu juga banyak digunakan di bidang
industri seperti resin digunakan sebagai curing agent, karet digunakan sebagai
accelerator yaitu agar karet menjadi elastis, tekstil digunakan sebagai
shrinkproofing agent dan untuk memperindah warna, makanan digunakan sebagai
bahan fungisida dan serat selulosa digunakan untuk menambah elastisitas.
Pra rancangan pabrik pembuatan Hexamine dari formaldehid dan amoniak
dengan proses Leonard, direncanakan akan berproduksi dengan kapasitas 6000
Ton/Tahun dan beroperasi selama 330 hari dalam satu tahun.
Lokasi pabrik yang direncanakan adalah di daerah dekat bahan baku yakni Jambi, dengan luas areal 11.208 m2. Tenaga kerja yang dibutuhkan 144 orang
dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem organisasi dan
staf.
Hasil evaluasi ekonomi Pabrik Pembuatan Hexamine ini sebagai berikut:
Total Modal Investasi
: Rp. 591.144.847.297,-
Total Biaya Produksi
: Rp. 316.330.291.993,-
Hasil Penjualan
: Rp. 540.000.030.240,-
Laba Bersih
: Rp. 155.803.472.689,-
Profit Margin (PM)
: 41,21 %
Break Even Point (BEP)
: 46,56 %
Return on Investment (ROI) : 26,36 %
Pay Out Time (POT)
: 3,79 tahun
Return on Network (RON)
: 43,93 %
Internal Rate of Return (IRR) : 39,01 %
Dari hasil evaluasi ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Hexamine ini layak untuk didirikan.
Universitas Sumatera Utara
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Perkembangan industri di Indonesia pada saat ini mengalami peningkatan
di segala bidang, terutama industri-industri yang bersifat padat modal dan teknologi tinggi. Untuk itu Indonesia diharapkan mampu bersaing dengan negaranegara maju lainnya (Adetya, 2007).
Peningkatan yang secara pesat baik secara kualitatif maupun kuantitatif juga terjadi dalam industri kimia. Industri kimia yang dikembangkan di Indonesia selama ini, termasuk industri berskala besar yang padat modal dan berteknologi tinggi. Industri kimia ini umumnya menghasilkan produk berupa bahan baku bagi industri pemakainya (industri hilir) seperti industri plastik. Untuk itu, industri kimia diharapkan memegang peranan penting dalam penguatan dan pendalaman struktur industri, terutama yang berbasis pada pengolahan sumber daya alam sehingga memperkukuh keterkaitan antara industri hulu dengan industri hilir maupun antara sektor industri dengan sektor ekonomi lainnya.
Secara umum, industri kimia menunjukkan kenaikan produksi yang cukup mantap walaupun sempat dilanda krisis moneter. Hal tersebut dimungkinkan berkat adanya perluasan kapasitas produksi beberapa pabrik dan pembangunan pabrik-pabrik kimia baru, dan makin meningkatnya permintaan pasar terutama pasar ekspor. Peningkatan yang pesat ini selain didorong oleh meningkatnya permintaan ekspor sehingga beberapa pabrik melakukan perluasan kapasitas produksi, juga bertambahnya permohonan investasi baru untuk pembangunan pabrik-pabrik kimia hulu/dasar.
Hexamethylenetetramine (HMTA) atau biasa disebut sebagai hexamine merupakan salah satu produk industri kimia yang sangat penting bagi kehidupan. Selama Perang Dunia ke II bahan ini banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan cyclonite yang mempunyai daya ledak sangat tinggi. Setelah masa perang usai, bahan peledak ini masih diperlukan untuk keperluan pertahanan dan keamanan dan industri pertambangan. Hexamine banyak digunakan juga dalam berbagai bidang antara lain: bidang kedokteran (bahan baku antiseptik), industri
Universitas Sumatera Utara
resin (curing agent), industri karet (accelerator yaitu agar karet menjadi elastis), industri tekstil (shrink-proofing agent dan untuk memperindah warna), industri serat selulosa (menambah elastisitas), dan pada industri buah digunakan sebagai fungisida pada tanaman jeruk untuk menjaga tanaman dari serangan jamur. (Kent,J.A., 1974).
Kebutuhan hexamine terus meningkat dari tahun ketahun. Menurut BPS (2004 - 2010), impor hexamine Indonesia seperti pada Tabel 1.1 berikut ini.
Tabel 1.1 Impor Hexamine Indonesia
Tahun 2004
Impor Berat bersih (kg)
9.612
2005
9.238
2006
5.778
2007
6.887
2008
11.887
2009
9.649
2010
12.934
(BPS, 2004 - 2010) Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa impor hexamine ke Indonesia meningkat setiap tahunnya. Negara import hexamine adalah seperti Cina, Jepang, Amerika , India, dan lain-lain. Jelas bahwa Indonesia merupakan salah satu negara tujuan import hexamine dunia.
1.2 Perumusan Masalah Perkembangan industr-industri kimia di Indonesia maupun dunia
mengalami peningkatan, begitu juga dengan industri-industri yang menggunakan hexamine. Hal ini mengakibatkan kebutuhan dunia akan hexamine juga mengalami peningkatan, dan untuk memenuhi kebutuhan hexamine dalam negeri, Indonesia harus mengekspor hexamine dari luar negeri. Mengingat banyaknya kegunaan hexamine dalam berbagai bidang serta perkembangan industri di Indonesia yang menggunakan produk ini sebagai bahan baku yang mengakibatkan Indonesia harus mengekspornya dari luar negeri, maka salah satu cara untuk
Universitas Sumatera Utara
mengatasi masalah tersebut adalah dengan mendirikan pabrik hexamine di Indonesia. 1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik
Tujuan dari Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Hexamine dari amoniak dan formaldehid dengan proses Leonard adalah : 1. Untuk menerapkan pengetahuan ilmu teknik kimia yang telah diterima di
Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, khususnya dimensi alat, desain proses, dan kelayakan ekonomi 2. Untuk membuat hexamine sehingga diharapkan dengan dibangunnya pabrik hexamine ini akan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri dan meningkatkan ekspor hexamine sehingga dapat meningkatkan devisa negara dan mendorong pertumbuhan industri yang menggunakan hexamine sebagai bahan baku maupun bahan pendukung. 3. Untuk menciptakan lapangan kerja baru sehingga dapat meningkatkan perekonomian masyarakat dan mengurangi jumlah pengangguran di Indonesia.
Universitas Sumatera Utara
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Hexamine Hexamine merupakan produk dari reaksi antara amonia dan formalin
dengan menghasilkan air sebagai produk samping.
6CH2O(l) + 4NH3(l)
(CH2)6N4 + 6H2O
Gambar 2.1 Reaksi formaldehid dengan amoniak
Hexamethylenetetramine (HMTA) atau biasa disebut sebagai hexamine merupakan salah satu produk industri kimia yang sangat penting bagi kehidupan. Selama Perang Dunia ke II bahan ini banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan cyclonite yang mempunyai daya ledak sangat tinggi. Setelah masa perang usai, bahan peledak ini masih diperlukan untuk keperluan pertahanan dan keamanan dan industri pertambangan. Hexamine banyak digunakan juga dalam berbagai bidang antara lain: bidang kedokteran (bahan baku antiseptik), industri resin (curing agent), industri karet (accelerator yaitu agar karet menjadi elastis), industri tekstil (shrink-proofing agent dan untuk memperindah warna), industri serat selulosa (menambah elastisitas), dan pada industri buah digunakan sebagai fungisida pada tanaman jeruk untuk menjaga tanaman dari serangan jamur. (Kent,J.A., 1974)
2.2 Sifat-Sifat Bahan Baku, Bahan Penyerta, dan Produk Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan hexamine ini adalah
amoniakdan formaldehid. Sifat-sifat bahan baku, bahan pembantu, dan produk dapat dilihat sebagai berikut.
2.2.1 Amoniak Berat molekul Fase
: 17,03 kg/kg mol : gas
II-1
Universitas Sumatera Utara
Warna Titik didih Titik leleh Specific heat
Kelarutan dalam air (%wt)
Specific gravity
Berat jenis (%wt)
Kemurnian Impuritas
: tak berwarna : -33,35 °C (101,3 KPa) : -77,7 °C : 2097,2 (0 °C)
2226,2 (100 °C) : 42,8 (0 °C) 14,1 (60 °C) : 0,690 (-40 °C)
0,639 (0 °C) 0,590 (40 °C) : 0,970 (8 °C) 0,618 (100 °C) : 99,5 % : 0,5 % H2O
2.2.2 Formaldehid (CH2O)
Berat molekul
: 30,03 kg/kg mol
Fase : gas
Berat jenis
: 0,8153 g/cm3 (-20 °C)
Titik didih Titik cair
0,9151 g/cm3 (-80 °C) : -19 oC (101,3 Kpa) : -118 oC
Suhu kritis
: 137,2 – 141,2 °C
Tekanan kritis
: 6,784 – 6,637 Mpa
Entropi
: 218,8 J/mol.K
Panas pembakaran : 561 KJ/mol
2.2.3 Formalin (CH2O)
Fase : cair
Bau : tajam
Warna
: tak berwarna
Berat jenis : 1,08 kg/L
Universitas Sumatera Utara
Titik didih Titik cair Kemurnian Impuritas
: 96 oC : -15 oC : 37 % : 62,5 % H2O : 0,5 % CH3OH
2.2.4 Hexamethylenetetramine ((CH2)6N4)
Berat molekul
: 140,19 kg/kg mol
Fase : padat
Bentuk
: kristal
Warna
: putih dan berkilauan
Specific grafity Titik didih
: 1,270 (25°C) : 285-295 oC
Kelarutan dalam air : 46,5 gr/100 gr air (25 °C)
: 43,4 gr/100 gr air (70 °C)
Kemurnian
: 99,93 %
Impuritas
: 0,01 H2O
0,06 impuritas lain
2.3 Perhitungan Rumus Antoine
Persamaan Antoine digunakan untuk menentukan tekanan penyimpanan
ammonia dalam fasa cair.
Ln P
A
T
B C
Nilai :
A = 15,49
B = 2363,24
C = -22,6207 T = 35oC = 308K
Ln P 15,49 2363,24 308 22,6207
Ln P = 15,49 - 8,281
Universitas Sumatera Utara
Ln P = 7,208 P = 1351 Kpa Psebenarnya= 13,33 atm Pteoritis = 11,5 atm Jd amoniak berbentuk fasa cairan
2.4 Proses Pembuatan Hexamine Dalam pembutan hexamine secara komersial dengan bahan baku amonia
dan formaldehid dikenal 3 (tiga) macam proses, yaitu :
2.3.1 Proses Meissner
Proses ini pertama kali dikembangkan oleh Firtz Meissner pada tahun
1938 di Jerman Barat. Bahan baku yang digunakan adalah gas amonia dan gas
formaldehid. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
6CH2O + 4NH3
C6H12N4 + 6H2O
Formaldehid dialirkan dari tangki formaldehid masuk ke dalam reaktor bersama
amonia. Reaksi yang terjadi sangat cepat sehingga yang mengontrol kecepatan
reaksi adalah kecepatan pembentukan kristal hexamine. Pada proses ini panas
reaksi yang terjadi pada reaktor digunakan untuk menguapkan air hasil reaksi.
Reaktor dalam proses ini didesain sangat khusus, karena selain sebagai tempat
reaksi antara gas amonia dan gas formaldehid juga digunakan sebagai evaporator
dan kristaliser. Reaktor berjumlah dua buah dan saling berhubungan dengan suhu reaksi 20-30oC. Untuk menjaga suhu reaksi digunakan gas inert ataupun dengan
pengaturan tekanan total saat campuran dalam reaktor mendidih. Hal ini untuk
mengurangi kebutuhan pendingin. Produk hexamine keluar reaktor dengan
konsentrasi 25 – 30 %. Dengan adanya panas yang terbentuk, hexamine dapat
dikristalkan langsung dengan reaktor. Uap dalam reaktor dikondensasikan
sedangkan bahan inert serta impuritas seperti metanol dibuang dari bagian atas
reaktor seperti waste gas. Gas ini masih mengandung hidrogen 18 – 20 % dan
dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Dari reaktor produk masuk ke dalam
centrifuge untuk dicuci dengan air kemudian dikeringkan dan dipasarkan.
Universitas Sumatera Utara
Konversi dari proses ini adalah 97 % dan yield proses ini mencapai 95 % (European Patent Office no. 0468353b).
2.3.2 Proses Leonard
Bahan baku yang digunakan dalam proses ini adalah amonia cair dan
larutan formalin dengan konsentrasi 37 %. Reaksi yang terjadi adalah sebagai
berikut :
6CH2O + 4NH3
(CH2)6N4 + 6H2O + 28,2 kkal
Reaksi berlangsung pada suhu 30 – 50oC dengan pH 7-8. Untuk mempertahankan
suhu digunakan pendingin air. Larutan formalin yang mengandung metanol
kurang dari 2 % diumpankan bersama dengan amonia cair ke dalam reaktor.
Produk yang keluar dari reaktor kemudian masuk ke dalam evaporator. Di dalam
evaporator terjadi penguapan sisa–sisa reaktan dan mulai terjadi proses
pengkristalan. Produk keluar evaporator kemudian dimasukkan ke dalam
centrifuge dan dikeringkan di dryer, setelah itu produk kemudian dikemas.
Dengan proses ini dapat diperoleh yield overall sebesar 95 – 96 % berdasarkan
reaktan formalin. (Kent, J. A., 1974) Konversi dari reaksi pembuatan hexamine
dari amonia dan formalin pada proses ini adalah 98 %. (Kermode & Stevens,
1965)
2.3.4 Proses AGF Lefebvre
Bahan baku yang digunakan dalam proses ini adalah larutan formalin
bebas metanol sebesar 30-37 % berat dan gas anhidrat amonia. Reaksi yang terjadi
adalah sebagai berikut :
6CH2O + 4NH3
C6H12N4 + 6H2O
Bahan baku formalin diumpankan ke dalam reaktor yang dilengkapi dengan
pengaduk dan gas amonia anhidrat diumpankan secara pelan – pelan dari bagian bawah reaktor. Reaksi berlangsung dalam kisaran suhu 20 – 30oC dan merupakan
reaksi eksotermis sehingga membutuhkan pendingin. Untuk menyempurnakan
reaksi maka digunakan amonia berlebih. Produk yang keluar dari reaktor
kemudian masuk ke dalam vaccum evaporator. Dalam evaporator bahan
mengalami pemekatan dan pengkristalan. Kristal yang terbentuk dikumpulkan
Universitas Sumatera Utara
dibagian bawah evaporator yaitu di dalam salt box kemudian diumpankan kedalam centrifuge untuk memisahkan kristal hexamine dan air. Untuk memperoleh bahan dengan kemurnian yang tinggi, air yang masih banyak mengandung kristal hexamine (mother liquor) yang keluar dari centrifuge dikembalikan ke evaporator. Setelah itu produk dikeringkan dan dikemas. Dengan proses ini mempunyai konversi 97 % dan didapatkan yield sebesar 95 %. (Gupta, R. K., 1987).
2.5 Pemilihan Proses
Dengan melihat ketiga macam proses di atas maka dalam prarancangan
pabrik hexamine dipilih proses Leonard dengan beberapa pertimbangan sebagai
berikut:
Tabel 2.1 Jenis Proses Pembuatan Hexamine Serta Kelebihan Dan
Kekurangannya
No Jenis Proses
Kelebihan
Kekurangan
1 Meissner
Proses pembentukan Bahan baku berfasa gas,
hexamine cepat.
sehingga
memerlukan
Konversi
reaksi volum tangki penyimpanan
mencapai 97% dan yield dan reaktor yang besar.
95%
2 Leonard
Penanganannya mudah. Prosesnya lebih panjang.
Bahan baku berfasa cair
Konversi
reaksi
mencapai 98% dan yield
95 – 96 %
3 AGF Lefebvre Konversi
reaksi Penanganannya susah,
mencapai 97 % dan yield karena bahan baku berfasa
95% heterogan yaitu gas dan cair
Untuk menyempurnakan
reaksi digunakan ammonia
berlebih.
Universitas Sumatera Utara
2.6 Deskripsi Proses Larutan formalin disimpan dalam tangki penyimpanan (TT-101) pada suhu
35oC dan tekanan 11,5 atm. Dari tangki ini formalin dialirkan ke dalam reaktor menggunakan pompa (J-101) pada tekanan tinggi yaitu 11,5 atm. Amonia disimpan dalam tangki penyimpan (TT-102) pada tekanan 11,5 atm dan pada suhu 35oC sehingga amonia tetap dalam kondisi cair. Kemudian dialirkan ke dalam reaktor dengan menggunakan pompa (J-102).
Kedua bahan baku diumpankan dalam reaktor dengan perbandingan mol formalin : amonia = 3 : 2. Reaksi berlangsung dalam fase cair dan merupakan reaksi eksotermis. Konversi yang dapat dicapai pada reaksi ini sebesar 98 % berdasarkan reaktan formalin. Reaksi dijalankan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (R) pada keadaan isotermal 35oC. Reaktor beroperasi pada tekanan 11,5 atm untuk menjaga agar reaktan tetap dalam keadaan cair. Panas yang dihasilkan oleh reaktor diserap dengan koil pendingin. Produk keluar dari reaktor yang mempunyai suhu 35oC dan tekanan 11,5 atm kemudian dialirkan ke dalam expander (E) untuk menurunkan menjadi 1 atm sebelum masuk ke evaporator (EV-01). Suhu produk keluar expander sebesar 35oC. Produk hexamine dan sisa reaktan yang berupa amonia dan formalin keluar expander kemudian diumpankan ke dalam 2 buah evaporator (FE-101 dan FE-102). Di dalam evaporator, produk mengalami proses pemekatan dan pengkristalan. Evaporator bekerja pada tekanan di bawah 1 atm (vakum) untuk menghindari dekomposisi hexamine. Tekanan evaporator 1 (FE-101) yaitu 0,11 atm dan suhu 101,8oC. Evaporator 2 (EV-02) beroperasi pada tekanan 0,12 atm dan suhu 115,24oC. Sebagai media pemanas digunakan steam jenuh pada suhu 150 oC dan tekanan 4,698 atm. Untuk mengumpankan produk keluar evaporator 1 digunakan pompa J-103. Produk hasil evaporator 2 (FE-102) berupa kristal hexamine, yang kemudian di umpankan ke centrifuge (FF) dengan menggunakan pompa (J-106) untuk dipisahkan antara kristal hexamine dengan cairannya. Kristal hexamine kemudian dibawa ke unit pemurnian dengan menggunakan screw conveyor (SC). Sedangkan cairan keluar centrifuge (mother liquor) di-recycle kembali ke evaporator 1 (FE-101) dengan menggunakan pompa (J-107). Untuk memurnikan produk digunakan dryer. Pada proses ini menggunakan rotary dryer (RD). Pada rotary dryer terjadi penguapan
Universitas Sumatera Utara
sisa–sisa air dan dihasilkan produk mencapai kemurnian 99,93%. Setelah itu produk masuk ke dalam unit penyimpanan melalui bucket elevator (BE) sebelum disimpan dalam silo (SL).
Universitas Sumatera Utara
BAB III NERACA MASSA
3.1 Neraca Massa Reakrot R-101 Tabel 3.1 Neraca Massa pada Reaktor R-101
Komponen
Alur Masuk (kg/jam)
Alur Keluar (kg/jam)
123
NH3 H2O CH2O CH3OH (CH2)6N4
379,9716 1,9094
381,8811
1698,9987 1005,8072
13,5920
2718,3979
7,5994 2292,3227
20,1161 13,5920 766,6486 3100,2789
Total
3100,2789
3100,2789
3.2 Neraca Massa Evaporator FE-101 Tabel 3.2 Neraca Massa pada Evaporator FE-01
Komponen
Alur Masuk (kg/jam) 3 14
Alur Keluar (kg/jam) 45
NH3 H2O CH2O CH3OH (CH2)6N4(l) (CH2)6N4(s)
7.5994 2292.3227
20.1161 13.5920 766.6486
21.9859 0.0001 0.0019
182.6145
0.0000 231.4309
0.0402 0.1631 427.1684 522.0947
7.5994 2082.8778
20.0760 13.4308
3100.2792 204.6024 1180.8973 2123.9840
Total
3304.8816
3304.8816
Universitas Sumatera Utara
3.3 Neraca Massa Evaporator FE-102 Tabel 3.3 Neraca Massa pada Evaporator FE-102
Komponen
Alur Masuk (kg/jam)
Alur Keluar (kg/jam)
489
H2O CH2O CH3OH (CH2)6N4(l) (CH2)6N4(s)
231.4309 0.0402 0.1631
427.1684 522.0947
23.1431 0.0001 0.0020
192.2258 757.0373
208.2878 0.0402 0.1612
1180.8973
972.4083
208.4891
Total
1180.8973
1180.8973
3.4 Neraca Massa Centrifius FF-101 Tabel 3.4 Neraca Massa pada Centrifius FF-101
Komponen
Alur Masuk (kg/jam)
Alur Keluar (kg/jam)
12 13 14
H2O CH2O CH3OH (CH2)6N4(l) (CH2)6N4(s)
23.1431 0.0001 0.0020
192.2258 757.0374
1.1572 0.0000 0.0001 9.6113 757.0373
21.9859 0.0001 0.0019
182.6145
972.4082
767.8059
204.6024
Total
972.4082
972.4082
Universitas Sumatera Utara
3.5 Neraca Massa Rotari Dryer DE-101 Tabel 3.5 Neraca Massa pada Rotari Dryer DE-101
Komponen
Alur Masuk (kg/jam
Alur Keluar (kg/jam)
15 16 17
H2O CH3OH (CH2)6N4(l) (CH2)6N4(s)
1.1572 0.0001 9.6113 757.0374
0.0579 0.0000 0.4806 757.0374
1.0993 0.0001 9.1307
767.8059
757.5758
10.2301
Total
767.8059
767.8059
Universitas Sumatera Utara
BAB IV NERACA ENERGI
Basis perhitungan Satuan operasi Temperatur Basis
: 1 jam : kiloJoule/jam (kJ/jam) : 25oC (298,15 K)
4.1 Reaktor (R-101)
Tabel 4.1 Neraca energi pada R-101
Komponen
Masuk
Umpan
Produk
Panas reaksi
Steam
Total
Keluar 127.879,4890
489.740,4483 617.619,9373
121.074,8965 496.545,0408
617.619,9373
4.2 Evaporator 1 (FE-101)
Tabel 4.2 Neraca energi pada FE-101
Komponen
Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)
Umpan Produk Steam Total
125.610,8686 -
5.850.479,1579 5.976.090,0266
5.976.090,0266
5.976.090,0266
Universitas Sumatera Utara
4.3 Ejector I (EJ-101)
Tabel 4.3 Neraca energi pada EJ-101
Komponen
Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)
Umpan Produk Steam Total
5.826.567,2298 -
-27.943,8192 5.798.623,4106
5.798.623,4106
5.798.623,4106
4.4 Kondensor I (E101)
Tabel 4.4 Neraca energi pada E-201
Komponen
Q masuk (kJ/jam)
Q keluar (kJ/jam)
Umpan Produk Panas yang dilepas Total
5.798.623,4106 -
5.798.623,4106
1.053.236,9228 4.745.386,4878 5.798.623,4106
4.5 Evaporator II (FE-102)
Tabel 4.5 Neraca energi pada FE-102
Komponen
Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)
Umpan Produk Steam Total
149.522,7968 -
592.898,7251 742.421,5219
742.421,5219
742.421,5219
Universitas Sumatera Utara
4.6 Ejector II (EJ-102)
Tabel 4.6 Neraca energi pada EJ-102
Komponen
Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)
Umpan Produk Steam Total
586.494,1966 -
-19.771,13777 566.723,0588
566.723,0588
566.723,0588
4.7 Kondensor II (E-102) Tabel 4.7 Neraca energi pada E-102
Komponen Umpan Produk Panas yang dilepas Total
Q masuk (kJ/jam)
Q keluar (kJ/jam)
566.723,0588 -
470.663,8019
- 96.059,2569
566.723,0588
566.723,0588
4.8 Cooler (E-103)
Tabel 4.8 Neraca energi pada E-103
Komponen Umpan Produk Panas yang dilepas Total
Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)
155.927,3253
-
- 17.266,8740
- 138.660,4513
155.927,3253 155.927,3253
Universitas Sumatera Utara
4.9 Rotary Dryer (DE-101) Tabel 4.10 Neraca energi pada DE-101
Komponen
Masuk
Keluar
Umpan
17.266,8740
-
Produk
- 216.723,4872
Steam
199.456,6132
-
Total
216.723,4872
216.723,4872
Universitas Sumatera Utara
BAB V SPESIFIKASI PERALATAN
5.1 Tangki TT-101
Fungsi kebutuhan 30 hari Bentuk Bahan konstruksi Jumlah Kapasitas Kondisi operasi
- Temperatur - Tekanan Kondisi fisik Silinder - Diameter - Tinggi - Tebal Tutup - Diameter - Tinggi - Tebal
: Menyimpan bahan baku formaldehid 37% untuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal : Carbon Steel SA –283 Grade C : 2 unit : 1.062,1045 m3 : : 35 °C : 11,5 atm :
: 10,7740 m : 14,3653 m : 51/2 in
: 10,7740 m : 2,6935 m : 51/2 in
5.2 Tangki T-102
Fungsi keadaan cair
: Tempat penyimpanan bahan baku amoniak dalam
Bentuk dished
Bahan konstruksi Jumlah
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup torisperhical
head : Carbon Steel SA –283 Grade C : 1 unit
V-1
Universitas Sumatera Utara
Kapasitas Kondisi operasi
- Temperatur - Tekanan Kondisi fisik Silinder - Diameter - Tinggi - Tebal Tutup - Diameter - Tinggi - Tebal
: 562,9956 m3 : : 35 °C : 11,5 atm :
: 8,7194 m : 11,6259 m : 41/2 in
: 8,7194 m : 2,1799 m : 41/2 in
5.3 Reaktor (R-210)
Fungsi
: Tempat terjadinya reaksi antara amoniak dengan formaldehid
Tipe : Mixed flow reactor
Bahan konstruksi : stainless steel type 316 (SA-204)
Bentuk
: Silinder vertical dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi : Suhu
= 35oC
Tekanan
= 11,5 atm
Dimensi Reaktor - Silinder
- Tutup
: Tinggi Diameter Tebal
: Jenis Tinggi Tebal
- Pengaduk
: Jenis
= 1,7297 m = 1,0644 m = 1 1/2 in = ellipsoidal = 0,0665 m = 1 1 in
2 = Flat six-blade turbine
Universitas Sumatera Utara
Jumlah Buffle
= 4 buah
Diameter Impeller = 1,1640 ft
Daya Motor
= 1/2 hp
- Jaket Pendingin : Diameter
= 1,3200 m
Tebal Jaket
= 1 1 in 2
5.4 Evaporator FE-101
Fungsi
: Menguapkan sisa CH2O, CH3OH, NH3,dan sebagian air dari
produk reaktor
Bentuk
: Long-tube Vertical Evaporator
Tipe : Single Effect Evaporator
Jenis
: 1-2 shell and tube exchanger
Dipakai
: 3/4 in OD Tube 18 BWG, panjang = 12 ft, 2 pass
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi
: T = 101,87 0C
Diameter luar tube (OD) Jenis tube Pitch (PT) Panjang tube (L)
= 3/4 in = 18 BWG = 1 in triangular pitch = 12 ft
Jumlah tube: 138 tube dengan ID shell 15 1/4 in.
5.5 Evaporator FE-102
Fungsi
: Menguapkan sisa CH2O, CH3OH,dan sebagian air dari produk
evaporator 01
Bentuk
: Long-tube Vertical Evaporator
Tipe : Single Effect Evaporator
Jenis
: 1-2 shell and tube exchanger
Dipakai
: 3/4 in OD Tube 18 BWG, panjang = 12 ft,2 pass
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi
: T = 115,25 0C
P = 0,3 atm
Universitas Sumatera Utara
Diameter luar tube (OD) Jenis tube Pitch (PT) Panjang tube (L)
= 3/4 in = 18 BWG = 1 in triangular pitch = 12 ft
Jumlah tube: 138 tube dengan ID shell 8 in.
5.6 Centrifuge (CF – 101)
Fungsi
: Memisahkan kristal hexamine dari mother liquornya
Jenis Kondisi operasi
: Nozzle discharge centrifuge : Temperatur = 35 0C
Tekanan
: 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-285 Grade C
Jumlah
= 1 buah
Kapasitas centrifuge = 3,8934 gpm
Diameter bowl
= 10 in
Speed
= 10000 rpm
Daya motor
= 20 Hp
5.7 Rotary Dryer DE-101
Fungsi
: Mengurangi kadar cairan yang terikut pada hasil padatan
hexamine
Jenis
: Steam Tube Dryer
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA –283 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
- Temperatur : 45 °C
- Tekanan
: 11,5 atm
Kondisi fisik
:
- Diameter - Panjang - Putaran rotary dryer
: 0,965 m : 4,572 m : 6 r/min
Universitas Sumatera Utara
- Daya motor - Tube steam OD - Jumlah tube steam
: 2,2 hp : 114 : 14
5.8 Steam Ejector EJ-101
Fungsi
: Memvakumkan evaporator hingga 0,1 atm
Jenis
: Steam jet ejector
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Jumlah
: 1 unit
Spesifikasi steam ejector :
steam nozzle
= 3 in
- Panjang total steam ejector (A)
= 31 43 in 64
- Panjang diffuser body (B)
= 26 7 in 16
- Panjang booster body (C)
= 515 in 16
- Lebar Suction Chamber (D)
= 4 5 in 8
- Diameter lubang inlet bahan masuk (E) = 3 in
- Diameter lubang discharge (F)
= 3 in
- Diameter lubang inlet steam (G)
= 2 in
5.9 Steam Ejector EJ-102
Fungsi
: Memvakumkan evaporator hingga 0,1 atm
Jenis
: Steam jet ejector
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Jumlah
: 1 unit
Spesifikasi steam ejector :
steam nozzle
= 2 1/2 in
- Panjang total steam ejector (A)
= 26 41 in 64
Universitas Sumatera Utara
- Panjang diffuser body (B) - Panjang booster body (C) - Lebar Suction Chamber (D) - Diameter lubang inlet bahan masuk (E) - Diameter lubang discharge (F) - Diameter lubang inlet steam (G)
= 22 1 in 16
= 4 37 in 64
= 3 7 in 8
= 2 1 in 2
= 2 1 in 2
= 1 1 in 2
5.10 Screw Conveyor (SC-101)
Fungsi
: Mengangkut cake dari centrifuge untuk
diumpankan ke rotary
dryer
Bentuk
: horizontal screw conveyor
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Jumlah
: 1 unit
Jarak angkut
:5m
Kondisi operasi
: Temperatur = 40 °C
Tekanan = 1 atm
Laju alir Densitas Laju alir volumetric
: F = 767,8059 kg/jam = 0,2414 kg/detik : ρ = 1329,339 kg/m3 = 82,99098 lbm/ft3 : Q = 0,007454 ft3/jam
Daya motor
: 0,007114 hp
5.11 Cooler (E-103) Fungsi
ke
Jenis Jumlah
: Untuk menurunkan suhu dari evaporator
centrifuge : 1-2 shell and tube exchanger : 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Fluida panas
Laju alir fluida masuk (W) lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
Temperatur keluar (T2)
:
: 972,4082 kg/jam = 2.143,8044
: 115,25°C
: 35°C
= 239,432°F
= 95°F
Fluida dingin :
Laju alir fluida masuk (w)
Temperatur masuk (t1)
Temperatur keluar (t2)
: 1.105,7452 kg/jam = 2.437,7637 lbm/jam
: 30 0C
= 86 0F
: 60°C
= 140°F
Tube Jumlah tube Jumlah pass OD Panjang BWG Pitch ∆Pf Shell ID ∆Ps Jumlah pass
: 36 buah :2 : 3/4 in : 6 ft : 18 : 15/16 in, triangular : 02247 psi
: 10 in : 0,2256 psi :2
5.12 Bucket Elevator (BE)
Fungsi Jenis
: Mengangkut produk hexamine padatan dari SC menuju silo
: Centrifugal Discharge Elevator
Bahan Konstruksi : Carbon steel
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Kapasitas
: 909,0909 kg/jam
Dimensi Bucket Elevator
- Ukuran
= 102 in
- Kecepatan
= 43 putaran/menit
- Lebar
= 7 in
- Jarak antar Bucket = 7 in
Daya
: ½ hp
5.13 Pompa J-101
Fungsi
: Mengalirkan larutan formaldehid 37% dari tangki penyimpanan
ke dalam
Reaktor
Jenis
: Pompa sentrifugal
Spesifikasi
: - Debit pompa (Q)
= 6,8294 10-4 m3/detik
- Jumlah pompa
= 1 buah
- Diameter pompa = 1 1/2 in
- Schedule number = 40
- Kecepatan alir
= 0,52014 m/detik
- Total friksi
= 16,9448 J/kg
- Kerja poros
= 62,4838 J/kg
- Daya pompa
= 1/12 hp
5.14 Pompa J-102
Fungsi
: Mengalirkan larutan amonia dari tangki penyimpanan ke dalam
Reaktor
Jenis
: Pompa sentrifugal
Spesifikasi
: - Debit pompa (Q)
= 1,8100 x 10-4 m3/detik
- Jumlah pompa
= 1 buah
- Diameter pompa = 0,75 in
- Schedule number = 40
Universitas Sumatera Utara
- Kecep
AMONIAK DENGAN FPROSES LEONARD DENGAN KAPASITAS 6000 TON /TAHUN
SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia
DISUSUN OLEH:
SITIHODIJAH RITONGA
NIM: 07 0405 015
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan anugerah-Nya sehingga penulis akhirnya dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Hexamine dari Formaldehid dan Amonia dengan Proses Leonard dengan Kapasitas 6000 Ton/Tahun.
Tugas Akhir ini dikerjakan sebagai syarat untuk kelulusan dalam sidang sarjana. Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam mengerjakan Tugas akhir ini penulis begitu banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Eng. Irvan, MSi sebagai Dosen Pembimbing yang telah membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.Si sebagai co-Dosen Pembimbing yang telah membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Ibu Ir. Renita Manurung, MT sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Dr. Eng. Irvan, MSi, Ketua Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MSi, Sekretaris Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
6. Ayahanda A. Ritonga dan Ibunda N. Pane tercinta, yang senantiasa teguh dalam memperjuangkan kuliah penulis hingga selesai dan selalu menemani penulis.
7. Saudara kandung penulis, kakanda Subur, Arfaini, Mahir, serta adinda Murni dan Aysah yang selalu memberi motivasi dan semangat kepada penulis.
Universitas Sumatera Utara
8. Partner penulis, Arma Sari Tarigan, atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini dalam suka dan duka.
9. Teman-teman penulis, Fitriah Sairi, Dahlia, Hanifah Wita Utami, Lia Murti, Bambang W.P., M. Darwis, Edo Rizkon, Yuda, Yani dan teman-teman 07 semua yang terus menyemangati penulis selama penyusunan skripsi.
10. Para senior Penulis, kak Senafati, ST, kak Refina Sari, ST, kak Siti Fatimah, ST, kak Meutia Mirnandaulia, ST, bg Dahyat, ST yang telah memotivasi dan membantu dalam kelengkapan bahan penyusunan skripsi.
11. Para Junior Penulis, Wan Rizki, Sari, Fitri, dan adik-adik junior 2008, 2009, 2010, 2011 semua yang telah memberikan bantuan dan doa kepada penulis.
12. Serta pihak-pihak yang telah ikut membantu penulis namun tidak tercantum namanya.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan penulisan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih.
Medan, Juli 2012 Penulis,
Sitihodijah Ritonga 070405015
Universitas Sumatera Utara
INTISARI
Hexamine banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan peledak dan
sebagai bahan baku antiseptik. Selain itu juga banyak digunakan di bidang
industri seperti resin digunakan sebagai curing agent, karet digunakan sebagai
accelerator yaitu agar karet menjadi elastis, tekstil digunakan sebagai
shrinkproofing agent dan untuk memperindah warna, makanan digunakan sebagai
bahan fungisida dan serat selulosa digunakan untuk menambah elastisitas.
Pra rancangan pabrik pembuatan Hexamine dari formaldehid dan amoniak
dengan proses Leonard, direncanakan akan berproduksi dengan kapasitas 6000
Ton/Tahun dan beroperasi selama 330 hari dalam satu tahun.
Lokasi pabrik yang direncanakan adalah di daerah dekat bahan baku yakni Jambi, dengan luas areal 11.208 m2. Tenaga kerja yang dibutuhkan 144 orang
dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem organisasi dan
staf.
Hasil evaluasi ekonomi Pabrik Pembuatan Hexamine ini sebagai berikut:
Total Modal Investasi
: Rp. 591.144.847.297,-
Total Biaya Produksi
: Rp. 316.330.291.993,-
Hasil Penjualan
: Rp. 540.000.030.240,-
Laba Bersih
: Rp. 155.803.472.689,-
Profit Margin (PM)
: 41,21 %
Break Even Point (BEP)
: 46,56 %
Return on Investment (ROI) : 26,36 %
Pay Out Time (POT)
: 3,79 tahun
Return on Network (RON)
: 43,93 %
Internal Rate of Return (IRR) : 39,01 %
Dari hasil evaluasi ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Hexamine ini layak untuk didirikan.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Hal KATA PENGANTAR..............................................................................................i INTISARI.............................................................................................................. iii DAFTAR ISI ..........................................................................................................iv DAFTAR TABEL .................................................................................................vii DAFTAR GAMBAR........................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................xiv BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. I-1
1.1 Latar Belakang............................................................................ I-1 1.2 Perumusan Masalah .................................................................... I-2 1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik ..................................................... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DESKRIPSI PROSES...................... II-1 2.1 Hexamine .................................................................................. II-1 2.2 Sifat – sifat Bahan baku, Bahan Penyerta, dan Produk................ II-1
2.2.1 Amoniak ........................................................................II-1 2.2.2 Formaldehid ...................................................................II-2 2.2.3 Formalin.........................................................................II-2 2.2.4 Hexamethylenetetramine ................................................ II-3 2.3 Perhitungan Rumus Antoine ...................................................... II-3 2.4 Proses Pembuatan Hexamine .................................................... II-4 2.3.1 Meissner.........................................................................II-4 2.3.2 Leonard..........................................................................II-5 2.3.3 AGF Lefebvre ................................................................ II-5 2.5 Pemilihan Proses........................................................................II-6 2.6 Deskripsi Proses ........................................................................II-6 BAB III NERACA MASSA ............................................................................III-1 3.1 Reaktor 1 (R-101).....................................................................III-1 3.2 Evaporator I (FE-101)...............................................................III-1 3.3 Evaporator II (FE-102)..............................................................III-2 3.4 Centrifuge (FF-101)..................................................................III-2
Universitas Sumatera Utara
3.5 Rotarry Dryer (DE-101)............................................................III-2 BAB IV NERACA ENERGI ......................................................................... IV-1
4.1 Reaktor 1 (R-101).................................................................... IV-1 4.2 Evaporator I (FE-101).............................................................. IV-1 4.3 Ejektor 1 (EJ-101).................................................................... IV-2 4.4 Kondensor 1 (E-101)................................................................ IV-2 4.5 Evaporator II (FE-102)............................................................. IV-2 4.6 Ejektor II (EJ-102)................................................................... IV-3 4.7 Kondensor II (E-102)............................................................... IV-3 4.8 Cooler (E-103)......................................................................... IV-3 4.9 Rotarry Dryer (DE-101)........................................................... IV-4 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ...........................................................V-1 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ................... VI-1 6.1 Instrumentasi ........................................................................... VI-1 6.2 Keselamatan Kerja Pabrik........................................................ VI-5 6.3 Keselamatan Kerja pada Pabrik Pembuatan Hexamine............. VI-6
6.3.1 Pencegahan Terhadap Kebakaran dan Ledakan ............... VI-6 6.3.2 Peralatan Perlindungan Diri ............................................ VI-8 6.3.3 Keselamatan Kerja Terhadap Listrik .............................. VI-8 6.3.4 Pencegahan Terhadap Ganguan Kesehatan...................... VI-9 6.3.5 Pencegahan Terhadap Bahaya Mekanis........................... VI-9 BAB VII UTILITAS......................................................................................V11-1 7.1 Kebutuhan Uap (Steam).......................................................... VII-1 7.2 Kebutuhan Air ........................................................................ VII-2 7.3 Kebutuhan Bahan Kimia......................................................... VII-9 7.4 Kebutuhan Listrik................................................................... VII-9 7.5 Kebutuhan Bahan Bakar ....................................................... VII-10 7.6 Unit Pengolahan Limbah ...................................................... VII-12 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK...................................VIII-1 8.1 Lokasi Pabrik.........................................................................VIII-1 8.2 Tata Letak Pabrik ..................................................................VIII-6 8.3 Perincian luas tanah ...............................................................VIII-7
Universitas Sumatera Utara
BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN .................. IX-1 9.1 Organisasi Perusahaan ........................................................... IX-1 9.2 Manajemen Perusahaan ........................................................... IX-3 9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ................................................... IX-4 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab ...................... IX-6 9.5 Sistem Kerja ............................................................................ IX-8 9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan .............................. IX-9 9.7 Sistem Penggajian ................................................................. IX-11 9.8 Fasilitas Tenaga Kerja ........................................................... IX-12
BAB X ANALISA EKONOMI ......................................................................X-1 10.1 Modal Investasi .........................................................................X-1 10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/Total Cost (TC) .............................X-4 10.3 Total Penjualan (Total Sales) .....................................................X-5 10.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha .......................................................X-5 10.5 Analisa Aspek Ekonomi ............................................................X-5
BAB XI KESIMPULAN ................................................................................ XI-1 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Hal Tabel 1.1 Tabel 2.1
Tabel 3.1 Tabel 3.2 Tabel 3.3 Tabel 3.4 Tabel 3.5 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Tabel 4.9 Tabel 6.1
Tabel 6.2 Tabel 7.1 Tabel 7.2 Tabel 7.3 Tabel 7.4 Tabel 7.5 Tabel 8.1 Tabel 9.1 Tabel 9.2 Tabel 9.3
Data Impor Hexamine Indonesia ..................................................... I-2 Jenis Proses Pembuatan Hexamine Serta Kelebihan dan Kekurangannya ..............................................................................II-6 Neraca Massa pada Reaktor (R-101) .............................................III-1 Neraca Massa pada Evaporator I (FE-101) ....................................III-1 Neraca Massa pada Evaporator II (FE-102) ...................................III-2 Neraca Massa pada Centrifuge (FF-101) .......................................III-2 Neraca Massa pada Rotarry Dryer (DE-101) .................................III-2 Neraca Energi pada Reaktor 1 (R-101) ......................................... IV-1 Neraca Energi pada Evaporator I (FE-101)................................... IV-1 Neraca Energi pada Ejektor 1 (EJ-101)......................................... IV-2 Neraca Energi pada Kondensor 1 (E-101)..................................... IV-2 Neraca Energi pada Evaporator II (FE-102).................................. IV-2 Neraca Energi pada Ejektor II (EJ-102)........................................ IV-3 Neraca Energi pada Kondensor II (E-102).................................... IV-3 Neraca Energi pada Cooler (E-103).............................................. IV-3 Neraca Energi pada Rotarry Dryer (DE-101)................................ IV-4 Daftar Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Hexamine .................................................................................... VI-4 Peralatan Perlindungan Diri.......................................................... VI-8 Kebutuhan Uap sebagai Media Pemanas ..................................... VII-1 Kebutuhan air Pendingin pada Alat ............................................. VII-2 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan ................................. VII-3 Kualitas Air Sungai ..................................................................... VII-3 Spesifikasi Komposisi Limbah Proses ....................................... VII-12 Perincian Luas Tanah .................................................................VIII-7 Jadwal Kerja Karyawan Shift........................................................ IX-9 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya........................................... IX-9 Perincian Gaji Karyawan............................................................ IX-11
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk..............................................LA-1
Tabel LB.1 Kapasitas Panas Gas.................................................................... LB-1 Tabel LB.2 Kapasitas Panas Cairan ............................................................... LB-2 Tabel LB.3 Panas Perubahan Fasa ................................................................. LB-2 Tabel LB.4 Panas Reaksi Komponen ............................................................. LB-2 Tabel LB.5 Estimasi Kapasitas Panas Liquid hexamine.................................. LB-2 Tabel LB.6 Estimasi Kapasitas Panas solid hexamine .................................... LB-3 Tabel LB.7 Panas Masuk Alur I..................................................................... LB-4 Tabel LB.8 Panas Masuk Alur 2 .................................................................... LB-4 Tabel LB.9 Panas Masuk Alur 3 .................................................................... LB-5 Tabel LB.10 Neraca Panas Reaktor.................................................................. LB-6 Tabel LB.11 Panas Masuk Alur 3 .................................................................... LB-6 Tabel LB.12 Panas Masuk Alur 14 .................................................................. LB-7 Tabel LB.13 Panas Masuk Alur 5 .................................................................... LB-8 Tabel LB.14 Panas Masuk Alur 4 .................................................................... LB-8 Tabel LB.15 Neraca Panas Evaporator I .......................................................... LB-9 Tabel LB.16 Panas Masuk Alur 5 ...................................................................LB-10 Tabel LB.17 Panas Masuk Alur 6 ...................................................................LB-11 Tabel LB.18 Neraca Panas Ejector..................................................................LB-12 Tabel LB.19 Panas Masuk Alur 7 ...................................................................LB-13 Tabel LB.20 Neraca Panas Condensor ............................................................LB-14 Tabel LB.21 Panas Masuk Alur 8 ...................................................................LB-15 Tabel LB.22 Panas Masuk Alur 9 ...................................................................LB-16 Tabel LB.23 Neraca Panas Evaporator II ........................................................LB-16 Tabel LB.24 Panas Masuk Alur 10 .................................................................LB-18 Tabel LB.25 Neraca Panas Ejektor I ...............................................................LB-18 Tabel LB.26 Panas Masuk Alur 11 .................................................................LB-19 Tabel LB.27 Neraca Panas Condensor ............................................................LB-20 Tabel LB.28 Panas Masuk Alur 12 .................................................................LB-21 Tabel LB.29 Neraca panas Cooler...................................................................LB-22 Tabel LB.33 Panas Masuk Alur 15 .................................................................LB-24
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.34 Panas Masuk Alur 16 .................................................................LB-25 Tabel LB.35 Rotary Dryer ..............................................................................LB-25 Tabel LC.1 Ukuran dan Dimensi Standar Steam Ejektor ...............................LC-35 Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin.................................... Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya...........................LE-1 Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift..................................................LE-3 Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses...................................................LE-6 Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah ...........LE-7 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi ............................................................LE-9 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ..............................................................LE-12 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas ...................................................................LE-15 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja................................................................LE-16 Tabel LE.9 Aturan Depresiasi Sesuai UU Republik Indonesia
No.17 Tahun 2000......................................................................LE-17 Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi Sesuai UU RI
No. 17 Tahun 2000.....................................................................LE-18 Tabel LE.11 Data Perhitungan BEP................................................................LE-28 Tabel LE.12 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) .........................LE-29
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Hal Gambar 6.1 Instrumentasi pada Alat .............................................................. VI-5 Gambar 7.1 Diagram Alir Pengolahan Air Pra Rancangan Pabrik Pembuatan
Hexamine dari Amoniak dan Formaldehid ................................VII18 Gambar 8.1 Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Hexamine...........VIII-9 Gambar 9.1 Bagan Struktur Organisasi Perusahaan Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Hexamine ................................................... IX-13 Gambar LD.1 Spesifikasi screening ................................................................. LD-1 Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower .... LD-29 Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*– Hy) .............................................. LD-30 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan ..................................................................LE-5 Gambar LE.4 Grafik BEP .............................................................................. LE-27
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Hal LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ..................................... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS...................................... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN..................... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS ............... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI.....................................LE-1
Universitas Sumatera Utara
INTISARI
Hexamine banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan peledak dan
sebagai bahan baku antiseptik. Selain itu juga banyak digunakan di bidang
industri seperti resin digunakan sebagai curing agent, karet digunakan sebagai
accelerator yaitu agar karet menjadi elastis, tekstil digunakan sebagai
shrinkproofing agent dan untuk memperindah warna, makanan digunakan sebagai
bahan fungisida dan serat selulosa digunakan untuk menambah elastisitas.
Pra rancangan pabrik pembuatan Hexamine dari formaldehid dan amoniak
dengan proses Leonard, direncanakan akan berproduksi dengan kapasitas 6000
Ton/Tahun dan beroperasi selama 330 hari dalam satu tahun.
Lokasi pabrik yang direncanakan adalah di daerah dekat bahan baku yakni Jambi, dengan luas areal 11.208 m2. Tenaga kerja yang dibutuhkan 144 orang
dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem organisasi dan
staf.
Hasil evaluasi ekonomi Pabrik Pembuatan Hexamine ini sebagai berikut:
Total Modal Investasi
: Rp. 591.144.847.297,-
Total Biaya Produksi
: Rp. 316.330.291.993,-
Hasil Penjualan
: Rp. 540.000.030.240,-
Laba Bersih
: Rp. 155.803.472.689,-
Profit Margin (PM)
: 41,21 %
Break Even Point (BEP)
: 46,56 %
Return on Investment (ROI) : 26,36 %
Pay Out Time (POT)
: 3,79 tahun
Return on Network (RON)
: 43,93 %
Internal Rate of Return (IRR) : 39,01 %
Dari hasil evaluasi ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Hexamine ini layak untuk didirikan.
Universitas Sumatera Utara
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Perkembangan industri di Indonesia pada saat ini mengalami peningkatan
di segala bidang, terutama industri-industri yang bersifat padat modal dan teknologi tinggi. Untuk itu Indonesia diharapkan mampu bersaing dengan negaranegara maju lainnya (Adetya, 2007).
Peningkatan yang secara pesat baik secara kualitatif maupun kuantitatif juga terjadi dalam industri kimia. Industri kimia yang dikembangkan di Indonesia selama ini, termasuk industri berskala besar yang padat modal dan berteknologi tinggi. Industri kimia ini umumnya menghasilkan produk berupa bahan baku bagi industri pemakainya (industri hilir) seperti industri plastik. Untuk itu, industri kimia diharapkan memegang peranan penting dalam penguatan dan pendalaman struktur industri, terutama yang berbasis pada pengolahan sumber daya alam sehingga memperkukuh keterkaitan antara industri hulu dengan industri hilir maupun antara sektor industri dengan sektor ekonomi lainnya.
Secara umum, industri kimia menunjukkan kenaikan produksi yang cukup mantap walaupun sempat dilanda krisis moneter. Hal tersebut dimungkinkan berkat adanya perluasan kapasitas produksi beberapa pabrik dan pembangunan pabrik-pabrik kimia baru, dan makin meningkatnya permintaan pasar terutama pasar ekspor. Peningkatan yang pesat ini selain didorong oleh meningkatnya permintaan ekspor sehingga beberapa pabrik melakukan perluasan kapasitas produksi, juga bertambahnya permohonan investasi baru untuk pembangunan pabrik-pabrik kimia hulu/dasar.
Hexamethylenetetramine (HMTA) atau biasa disebut sebagai hexamine merupakan salah satu produk industri kimia yang sangat penting bagi kehidupan. Selama Perang Dunia ke II bahan ini banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan cyclonite yang mempunyai daya ledak sangat tinggi. Setelah masa perang usai, bahan peledak ini masih diperlukan untuk keperluan pertahanan dan keamanan dan industri pertambangan. Hexamine banyak digunakan juga dalam berbagai bidang antara lain: bidang kedokteran (bahan baku antiseptik), industri
Universitas Sumatera Utara
resin (curing agent), industri karet (accelerator yaitu agar karet menjadi elastis), industri tekstil (shrink-proofing agent dan untuk memperindah warna), industri serat selulosa (menambah elastisitas), dan pada industri buah digunakan sebagai fungisida pada tanaman jeruk untuk menjaga tanaman dari serangan jamur. (Kent,J.A., 1974).
Kebutuhan hexamine terus meningkat dari tahun ketahun. Menurut BPS (2004 - 2010), impor hexamine Indonesia seperti pada Tabel 1.1 berikut ini.
Tabel 1.1 Impor Hexamine Indonesia
Tahun 2004
Impor Berat bersih (kg)
9.612
2005
9.238
2006
5.778
2007
6.887
2008
11.887
2009
9.649
2010
12.934
(BPS, 2004 - 2010) Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa impor hexamine ke Indonesia meningkat setiap tahunnya. Negara import hexamine adalah seperti Cina, Jepang, Amerika , India, dan lain-lain. Jelas bahwa Indonesia merupakan salah satu negara tujuan import hexamine dunia.
1.2 Perumusan Masalah Perkembangan industr-industri kimia di Indonesia maupun dunia
mengalami peningkatan, begitu juga dengan industri-industri yang menggunakan hexamine. Hal ini mengakibatkan kebutuhan dunia akan hexamine juga mengalami peningkatan, dan untuk memenuhi kebutuhan hexamine dalam negeri, Indonesia harus mengekspor hexamine dari luar negeri. Mengingat banyaknya kegunaan hexamine dalam berbagai bidang serta perkembangan industri di Indonesia yang menggunakan produk ini sebagai bahan baku yang mengakibatkan Indonesia harus mengekspornya dari luar negeri, maka salah satu cara untuk
Universitas Sumatera Utara
mengatasi masalah tersebut adalah dengan mendirikan pabrik hexamine di Indonesia. 1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik
Tujuan dari Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Hexamine dari amoniak dan formaldehid dengan proses Leonard adalah : 1. Untuk menerapkan pengetahuan ilmu teknik kimia yang telah diterima di
Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, khususnya dimensi alat, desain proses, dan kelayakan ekonomi 2. Untuk membuat hexamine sehingga diharapkan dengan dibangunnya pabrik hexamine ini akan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri dan meningkatkan ekspor hexamine sehingga dapat meningkatkan devisa negara dan mendorong pertumbuhan industri yang menggunakan hexamine sebagai bahan baku maupun bahan pendukung. 3. Untuk menciptakan lapangan kerja baru sehingga dapat meningkatkan perekonomian masyarakat dan mengurangi jumlah pengangguran di Indonesia.
Universitas Sumatera Utara
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Hexamine Hexamine merupakan produk dari reaksi antara amonia dan formalin
dengan menghasilkan air sebagai produk samping.
6CH2O(l) + 4NH3(l)
(CH2)6N4 + 6H2O
Gambar 2.1 Reaksi formaldehid dengan amoniak
Hexamethylenetetramine (HMTA) atau biasa disebut sebagai hexamine merupakan salah satu produk industri kimia yang sangat penting bagi kehidupan. Selama Perang Dunia ke II bahan ini banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan cyclonite yang mempunyai daya ledak sangat tinggi. Setelah masa perang usai, bahan peledak ini masih diperlukan untuk keperluan pertahanan dan keamanan dan industri pertambangan. Hexamine banyak digunakan juga dalam berbagai bidang antara lain: bidang kedokteran (bahan baku antiseptik), industri resin (curing agent), industri karet (accelerator yaitu agar karet menjadi elastis), industri tekstil (shrink-proofing agent dan untuk memperindah warna), industri serat selulosa (menambah elastisitas), dan pada industri buah digunakan sebagai fungisida pada tanaman jeruk untuk menjaga tanaman dari serangan jamur. (Kent,J.A., 1974)
2.2 Sifat-Sifat Bahan Baku, Bahan Penyerta, dan Produk Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan hexamine ini adalah
amoniakdan formaldehid. Sifat-sifat bahan baku, bahan pembantu, dan produk dapat dilihat sebagai berikut.
2.2.1 Amoniak Berat molekul Fase
: 17,03 kg/kg mol : gas
II-1
Universitas Sumatera Utara
Warna Titik didih Titik leleh Specific heat
Kelarutan dalam air (%wt)
Specific gravity
Berat jenis (%wt)
Kemurnian Impuritas
: tak berwarna : -33,35 °C (101,3 KPa) : -77,7 °C : 2097,2 (0 °C)
2226,2 (100 °C) : 42,8 (0 °C) 14,1 (60 °C) : 0,690 (-40 °C)
0,639 (0 °C) 0,590 (40 °C) : 0,970 (8 °C) 0,618 (100 °C) : 99,5 % : 0,5 % H2O
2.2.2 Formaldehid (CH2O)
Berat molekul
: 30,03 kg/kg mol
Fase : gas
Berat jenis
: 0,8153 g/cm3 (-20 °C)
Titik didih Titik cair
0,9151 g/cm3 (-80 °C) : -19 oC (101,3 Kpa) : -118 oC
Suhu kritis
: 137,2 – 141,2 °C
Tekanan kritis
: 6,784 – 6,637 Mpa
Entropi
: 218,8 J/mol.K
Panas pembakaran : 561 KJ/mol
2.2.3 Formalin (CH2O)
Fase : cair
Bau : tajam
Warna
: tak berwarna
Berat jenis : 1,08 kg/L
Universitas Sumatera Utara
Titik didih Titik cair Kemurnian Impuritas
: 96 oC : -15 oC : 37 % : 62,5 % H2O : 0,5 % CH3OH
2.2.4 Hexamethylenetetramine ((CH2)6N4)
Berat molekul
: 140,19 kg/kg mol
Fase : padat
Bentuk
: kristal
Warna
: putih dan berkilauan
Specific grafity Titik didih
: 1,270 (25°C) : 285-295 oC
Kelarutan dalam air : 46,5 gr/100 gr air (25 °C)
: 43,4 gr/100 gr air (70 °C)
Kemurnian
: 99,93 %
Impuritas
: 0,01 H2O
0,06 impuritas lain
2.3 Perhitungan Rumus Antoine
Persamaan Antoine digunakan untuk menentukan tekanan penyimpanan
ammonia dalam fasa cair.
Ln P
A
T
B C
Nilai :
A = 15,49
B = 2363,24
C = -22,6207 T = 35oC = 308K
Ln P 15,49 2363,24 308 22,6207
Ln P = 15,49 - 8,281
Universitas Sumatera Utara
Ln P = 7,208 P = 1351 Kpa Psebenarnya= 13,33 atm Pteoritis = 11,5 atm Jd amoniak berbentuk fasa cairan
2.4 Proses Pembuatan Hexamine Dalam pembutan hexamine secara komersial dengan bahan baku amonia
dan formaldehid dikenal 3 (tiga) macam proses, yaitu :
2.3.1 Proses Meissner
Proses ini pertama kali dikembangkan oleh Firtz Meissner pada tahun
1938 di Jerman Barat. Bahan baku yang digunakan adalah gas amonia dan gas
formaldehid. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
6CH2O + 4NH3
C6H12N4 + 6H2O
Formaldehid dialirkan dari tangki formaldehid masuk ke dalam reaktor bersama
amonia. Reaksi yang terjadi sangat cepat sehingga yang mengontrol kecepatan
reaksi adalah kecepatan pembentukan kristal hexamine. Pada proses ini panas
reaksi yang terjadi pada reaktor digunakan untuk menguapkan air hasil reaksi.
Reaktor dalam proses ini didesain sangat khusus, karena selain sebagai tempat
reaksi antara gas amonia dan gas formaldehid juga digunakan sebagai evaporator
dan kristaliser. Reaktor berjumlah dua buah dan saling berhubungan dengan suhu reaksi 20-30oC. Untuk menjaga suhu reaksi digunakan gas inert ataupun dengan
pengaturan tekanan total saat campuran dalam reaktor mendidih. Hal ini untuk
mengurangi kebutuhan pendingin. Produk hexamine keluar reaktor dengan
konsentrasi 25 – 30 %. Dengan adanya panas yang terbentuk, hexamine dapat
dikristalkan langsung dengan reaktor. Uap dalam reaktor dikondensasikan
sedangkan bahan inert serta impuritas seperti metanol dibuang dari bagian atas
reaktor seperti waste gas. Gas ini masih mengandung hidrogen 18 – 20 % dan
dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Dari reaktor produk masuk ke dalam
centrifuge untuk dicuci dengan air kemudian dikeringkan dan dipasarkan.
Universitas Sumatera Utara
Konversi dari proses ini adalah 97 % dan yield proses ini mencapai 95 % (European Patent Office no. 0468353b).
2.3.2 Proses Leonard
Bahan baku yang digunakan dalam proses ini adalah amonia cair dan
larutan formalin dengan konsentrasi 37 %. Reaksi yang terjadi adalah sebagai
berikut :
6CH2O + 4NH3
(CH2)6N4 + 6H2O + 28,2 kkal
Reaksi berlangsung pada suhu 30 – 50oC dengan pH 7-8. Untuk mempertahankan
suhu digunakan pendingin air. Larutan formalin yang mengandung metanol
kurang dari 2 % diumpankan bersama dengan amonia cair ke dalam reaktor.
Produk yang keluar dari reaktor kemudian masuk ke dalam evaporator. Di dalam
evaporator terjadi penguapan sisa–sisa reaktan dan mulai terjadi proses
pengkristalan. Produk keluar evaporator kemudian dimasukkan ke dalam
centrifuge dan dikeringkan di dryer, setelah itu produk kemudian dikemas.
Dengan proses ini dapat diperoleh yield overall sebesar 95 – 96 % berdasarkan
reaktan formalin. (Kent, J. A., 1974) Konversi dari reaksi pembuatan hexamine
dari amonia dan formalin pada proses ini adalah 98 %. (Kermode & Stevens,
1965)
2.3.4 Proses AGF Lefebvre
Bahan baku yang digunakan dalam proses ini adalah larutan formalin
bebas metanol sebesar 30-37 % berat dan gas anhidrat amonia. Reaksi yang terjadi
adalah sebagai berikut :
6CH2O + 4NH3
C6H12N4 + 6H2O
Bahan baku formalin diumpankan ke dalam reaktor yang dilengkapi dengan
pengaduk dan gas amonia anhidrat diumpankan secara pelan – pelan dari bagian bawah reaktor. Reaksi berlangsung dalam kisaran suhu 20 – 30oC dan merupakan
reaksi eksotermis sehingga membutuhkan pendingin. Untuk menyempurnakan
reaksi maka digunakan amonia berlebih. Produk yang keluar dari reaktor
kemudian masuk ke dalam vaccum evaporator. Dalam evaporator bahan
mengalami pemekatan dan pengkristalan. Kristal yang terbentuk dikumpulkan
Universitas Sumatera Utara
dibagian bawah evaporator yaitu di dalam salt box kemudian diumpankan kedalam centrifuge untuk memisahkan kristal hexamine dan air. Untuk memperoleh bahan dengan kemurnian yang tinggi, air yang masih banyak mengandung kristal hexamine (mother liquor) yang keluar dari centrifuge dikembalikan ke evaporator. Setelah itu produk dikeringkan dan dikemas. Dengan proses ini mempunyai konversi 97 % dan didapatkan yield sebesar 95 %. (Gupta, R. K., 1987).
2.5 Pemilihan Proses
Dengan melihat ketiga macam proses di atas maka dalam prarancangan
pabrik hexamine dipilih proses Leonard dengan beberapa pertimbangan sebagai
berikut:
Tabel 2.1 Jenis Proses Pembuatan Hexamine Serta Kelebihan Dan
Kekurangannya
No Jenis Proses
Kelebihan
Kekurangan
1 Meissner
Proses pembentukan Bahan baku berfasa gas,
hexamine cepat.
sehingga
memerlukan
Konversi
reaksi volum tangki penyimpanan
mencapai 97% dan yield dan reaktor yang besar.
95%
2 Leonard
Penanganannya mudah. Prosesnya lebih panjang.
Bahan baku berfasa cair
Konversi
reaksi
mencapai 98% dan yield
95 – 96 %
3 AGF Lefebvre Konversi
reaksi Penanganannya susah,
mencapai 97 % dan yield karena bahan baku berfasa
95% heterogan yaitu gas dan cair
Untuk menyempurnakan
reaksi digunakan ammonia
berlebih.
Universitas Sumatera Utara
2.6 Deskripsi Proses Larutan formalin disimpan dalam tangki penyimpanan (TT-101) pada suhu
35oC dan tekanan 11,5 atm. Dari tangki ini formalin dialirkan ke dalam reaktor menggunakan pompa (J-101) pada tekanan tinggi yaitu 11,5 atm. Amonia disimpan dalam tangki penyimpan (TT-102) pada tekanan 11,5 atm dan pada suhu 35oC sehingga amonia tetap dalam kondisi cair. Kemudian dialirkan ke dalam reaktor dengan menggunakan pompa (J-102).
Kedua bahan baku diumpankan dalam reaktor dengan perbandingan mol formalin : amonia = 3 : 2. Reaksi berlangsung dalam fase cair dan merupakan reaksi eksotermis. Konversi yang dapat dicapai pada reaksi ini sebesar 98 % berdasarkan reaktan formalin. Reaksi dijalankan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (R) pada keadaan isotermal 35oC. Reaktor beroperasi pada tekanan 11,5 atm untuk menjaga agar reaktan tetap dalam keadaan cair. Panas yang dihasilkan oleh reaktor diserap dengan koil pendingin. Produk keluar dari reaktor yang mempunyai suhu 35oC dan tekanan 11,5 atm kemudian dialirkan ke dalam expander (E) untuk menurunkan menjadi 1 atm sebelum masuk ke evaporator (EV-01). Suhu produk keluar expander sebesar 35oC. Produk hexamine dan sisa reaktan yang berupa amonia dan formalin keluar expander kemudian diumpankan ke dalam 2 buah evaporator (FE-101 dan FE-102). Di dalam evaporator, produk mengalami proses pemekatan dan pengkristalan. Evaporator bekerja pada tekanan di bawah 1 atm (vakum) untuk menghindari dekomposisi hexamine. Tekanan evaporator 1 (FE-101) yaitu 0,11 atm dan suhu 101,8oC. Evaporator 2 (EV-02) beroperasi pada tekanan 0,12 atm dan suhu 115,24oC. Sebagai media pemanas digunakan steam jenuh pada suhu 150 oC dan tekanan 4,698 atm. Untuk mengumpankan produk keluar evaporator 1 digunakan pompa J-103. Produk hasil evaporator 2 (FE-102) berupa kristal hexamine, yang kemudian di umpankan ke centrifuge (FF) dengan menggunakan pompa (J-106) untuk dipisahkan antara kristal hexamine dengan cairannya. Kristal hexamine kemudian dibawa ke unit pemurnian dengan menggunakan screw conveyor (SC). Sedangkan cairan keluar centrifuge (mother liquor) di-recycle kembali ke evaporator 1 (FE-101) dengan menggunakan pompa (J-107). Untuk memurnikan produk digunakan dryer. Pada proses ini menggunakan rotary dryer (RD). Pada rotary dryer terjadi penguapan
Universitas Sumatera Utara
sisa–sisa air dan dihasilkan produk mencapai kemurnian 99,93%. Setelah itu produk masuk ke dalam unit penyimpanan melalui bucket elevator (BE) sebelum disimpan dalam silo (SL).
Universitas Sumatera Utara
BAB III NERACA MASSA
3.1 Neraca Massa Reakrot R-101 Tabel 3.1 Neraca Massa pada Reaktor R-101
Komponen
Alur Masuk (kg/jam)
Alur Keluar (kg/jam)
123
NH3 H2O CH2O CH3OH (CH2)6N4
379,9716 1,9094
381,8811
1698,9987 1005,8072
13,5920
2718,3979
7,5994 2292,3227
20,1161 13,5920 766,6486 3100,2789
Total
3100,2789
3100,2789
3.2 Neraca Massa Evaporator FE-101 Tabel 3.2 Neraca Massa pada Evaporator FE-01
Komponen
Alur Masuk (kg/jam) 3 14
Alur Keluar (kg/jam) 45
NH3 H2O CH2O CH3OH (CH2)6N4(l) (CH2)6N4(s)
7.5994 2292.3227
20.1161 13.5920 766.6486
21.9859 0.0001 0.0019
182.6145
0.0000 231.4309
0.0402 0.1631 427.1684 522.0947
7.5994 2082.8778
20.0760 13.4308
3100.2792 204.6024 1180.8973 2123.9840
Total
3304.8816
3304.8816
Universitas Sumatera Utara
3.3 Neraca Massa Evaporator FE-102 Tabel 3.3 Neraca Massa pada Evaporator FE-102
Komponen
Alur Masuk (kg/jam)
Alur Keluar (kg/jam)
489
H2O CH2O CH3OH (CH2)6N4(l) (CH2)6N4(s)
231.4309 0.0402 0.1631
427.1684 522.0947
23.1431 0.0001 0.0020
192.2258 757.0373
208.2878 0.0402 0.1612
1180.8973
972.4083
208.4891
Total
1180.8973
1180.8973
3.4 Neraca Massa Centrifius FF-101 Tabel 3.4 Neraca Massa pada Centrifius FF-101
Komponen
Alur Masuk (kg/jam)
Alur Keluar (kg/jam)
12 13 14
H2O CH2O CH3OH (CH2)6N4(l) (CH2)6N4(s)
23.1431 0.0001 0.0020
192.2258 757.0374
1.1572 0.0000 0.0001 9.6113 757.0373
21.9859 0.0001 0.0019
182.6145
972.4082
767.8059
204.6024
Total
972.4082
972.4082
Universitas Sumatera Utara
3.5 Neraca Massa Rotari Dryer DE-101 Tabel 3.5 Neraca Massa pada Rotari Dryer DE-101
Komponen
Alur Masuk (kg/jam
Alur Keluar (kg/jam)
15 16 17
H2O CH3OH (CH2)6N4(l) (CH2)6N4(s)
1.1572 0.0001 9.6113 757.0374
0.0579 0.0000 0.4806 757.0374
1.0993 0.0001 9.1307
767.8059
757.5758
10.2301
Total
767.8059
767.8059
Universitas Sumatera Utara
BAB IV NERACA ENERGI
Basis perhitungan Satuan operasi Temperatur Basis
: 1 jam : kiloJoule/jam (kJ/jam) : 25oC (298,15 K)
4.1 Reaktor (R-101)
Tabel 4.1 Neraca energi pada R-101
Komponen
Masuk
Umpan
Produk
Panas reaksi
Steam
Total
Keluar 127.879,4890
489.740,4483 617.619,9373
121.074,8965 496.545,0408
617.619,9373
4.2 Evaporator 1 (FE-101)
Tabel 4.2 Neraca energi pada FE-101
Komponen
Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)
Umpan Produk Steam Total
125.610,8686 -
5.850.479,1579 5.976.090,0266
5.976.090,0266
5.976.090,0266
Universitas Sumatera Utara
4.3 Ejector I (EJ-101)
Tabel 4.3 Neraca energi pada EJ-101
Komponen
Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)
Umpan Produk Steam Total
5.826.567,2298 -
-27.943,8192 5.798.623,4106
5.798.623,4106
5.798.623,4106
4.4 Kondensor I (E101)
Tabel 4.4 Neraca energi pada E-201
Komponen
Q masuk (kJ/jam)
Q keluar (kJ/jam)
Umpan Produk Panas yang dilepas Total
5.798.623,4106 -
5.798.623,4106
1.053.236,9228 4.745.386,4878 5.798.623,4106
4.5 Evaporator II (FE-102)
Tabel 4.5 Neraca energi pada FE-102
Komponen
Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)
Umpan Produk Steam Total
149.522,7968 -
592.898,7251 742.421,5219
742.421,5219
742.421,5219
Universitas Sumatera Utara
4.6 Ejector II (EJ-102)
Tabel 4.6 Neraca energi pada EJ-102
Komponen
Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)
Umpan Produk Steam Total
586.494,1966 -
-19.771,13777 566.723,0588
566.723,0588
566.723,0588
4.7 Kondensor II (E-102) Tabel 4.7 Neraca energi pada E-102
Komponen Umpan Produk Panas yang dilepas Total
Q masuk (kJ/jam)
Q keluar (kJ/jam)
566.723,0588 -
470.663,8019
- 96.059,2569
566.723,0588
566.723,0588
4.8 Cooler (E-103)
Tabel 4.8 Neraca energi pada E-103
Komponen Umpan Produk Panas yang dilepas Total
Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)
155.927,3253
-
- 17.266,8740
- 138.660,4513
155.927,3253 155.927,3253
Universitas Sumatera Utara
4.9 Rotary Dryer (DE-101) Tabel 4.10 Neraca energi pada DE-101
Komponen
Masuk
Keluar
Umpan
17.266,8740
-
Produk
- 216.723,4872
Steam
199.456,6132
-
Total
216.723,4872
216.723,4872
Universitas Sumatera Utara
BAB V SPESIFIKASI PERALATAN
5.1 Tangki TT-101
Fungsi kebutuhan 30 hari Bentuk Bahan konstruksi Jumlah Kapasitas Kondisi operasi
- Temperatur - Tekanan Kondisi fisik Silinder - Diameter - Tinggi - Tebal Tutup - Diameter - Tinggi - Tebal
: Menyimpan bahan baku formaldehid 37% untuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal : Carbon Steel SA –283 Grade C : 2 unit : 1.062,1045 m3 : : 35 °C : 11,5 atm :
: 10,7740 m : 14,3653 m : 51/2 in
: 10,7740 m : 2,6935 m : 51/2 in
5.2 Tangki T-102
Fungsi keadaan cair
: Tempat penyimpanan bahan baku amoniak dalam
Bentuk dished
Bahan konstruksi Jumlah
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup torisperhical
head : Carbon Steel SA –283 Grade C : 1 unit
V-1
Universitas Sumatera Utara
Kapasitas Kondisi operasi
- Temperatur - Tekanan Kondisi fisik Silinder - Diameter - Tinggi - Tebal Tutup - Diameter - Tinggi - Tebal
: 562,9956 m3 : : 35 °C : 11,5 atm :
: 8,7194 m : 11,6259 m : 41/2 in
: 8,7194 m : 2,1799 m : 41/2 in
5.3 Reaktor (R-210)
Fungsi
: Tempat terjadinya reaksi antara amoniak dengan formaldehid
Tipe : Mixed flow reactor
Bahan konstruksi : stainless steel type 316 (SA-204)
Bentuk
: Silinder vertical dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi : Suhu
= 35oC
Tekanan
= 11,5 atm
Dimensi Reaktor - Silinder
- Tutup
: Tinggi Diameter Tebal
: Jenis Tinggi Tebal
- Pengaduk
: Jenis
= 1,7297 m = 1,0644 m = 1 1/2 in = ellipsoidal = 0,0665 m = 1 1 in
2 = Flat six-blade turbine
Universitas Sumatera Utara
Jumlah Buffle
= 4 buah
Diameter Impeller = 1,1640 ft
Daya Motor
= 1/2 hp
- Jaket Pendingin : Diameter
= 1,3200 m
Tebal Jaket
= 1 1 in 2
5.4 Evaporator FE-101
Fungsi
: Menguapkan sisa CH2O, CH3OH, NH3,dan sebagian air dari
produk reaktor
Bentuk
: Long-tube Vertical Evaporator
Tipe : Single Effect Evaporator
Jenis
: 1-2 shell and tube exchanger
Dipakai
: 3/4 in OD Tube 18 BWG, panjang = 12 ft, 2 pass
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi
: T = 101,87 0C
Diameter luar tube (OD) Jenis tube Pitch (PT) Panjang tube (L)
= 3/4 in = 18 BWG = 1 in triangular pitch = 12 ft
Jumlah tube: 138 tube dengan ID shell 15 1/4 in.
5.5 Evaporator FE-102
Fungsi
: Menguapkan sisa CH2O, CH3OH,dan sebagian air dari produk
evaporator 01
Bentuk
: Long-tube Vertical Evaporator
Tipe : Single Effect Evaporator
Jenis
: 1-2 shell and tube exchanger
Dipakai
: 3/4 in OD Tube 18 BWG, panjang = 12 ft,2 pass
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi
: T = 115,25 0C
P = 0,3 atm
Universitas Sumatera Utara
Diameter luar tube (OD) Jenis tube Pitch (PT) Panjang tube (L)
= 3/4 in = 18 BWG = 1 in triangular pitch = 12 ft
Jumlah tube: 138 tube dengan ID shell 8 in.
5.6 Centrifuge (CF – 101)
Fungsi
: Memisahkan kristal hexamine dari mother liquornya
Jenis Kondisi operasi
: Nozzle discharge centrifuge : Temperatur = 35 0C
Tekanan
: 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-285 Grade C
Jumlah
= 1 buah
Kapasitas centrifuge = 3,8934 gpm
Diameter bowl
= 10 in
Speed
= 10000 rpm
Daya motor
= 20 Hp
5.7 Rotary Dryer DE-101
Fungsi
: Mengurangi kadar cairan yang terikut pada hasil padatan
hexamine
Jenis
: Steam Tube Dryer
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA –283 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
- Temperatur : 45 °C
- Tekanan
: 11,5 atm
Kondisi fisik
:
- Diameter - Panjang - Putaran rotary dryer
: 0,965 m : 4,572 m : 6 r/min
Universitas Sumatera Utara
- Daya motor - Tube steam OD - Jumlah tube steam
: 2,2 hp : 114 : 14
5.8 Steam Ejector EJ-101
Fungsi
: Memvakumkan evaporator hingga 0,1 atm
Jenis
: Steam jet ejector
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Jumlah
: 1 unit
Spesifikasi steam ejector :
steam nozzle
= 3 in
- Panjang total steam ejector (A)
= 31 43 in 64
- Panjang diffuser body (B)
= 26 7 in 16
- Panjang booster body (C)
= 515 in 16
- Lebar Suction Chamber (D)
= 4 5 in 8
- Diameter lubang inlet bahan masuk (E) = 3 in
- Diameter lubang discharge (F)
= 3 in
- Diameter lubang inlet steam (G)
= 2 in
5.9 Steam Ejector EJ-102
Fungsi
: Memvakumkan evaporator hingga 0,1 atm
Jenis
: Steam jet ejector
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Jumlah
: 1 unit
Spesifikasi steam ejector :
steam nozzle
= 2 1/2 in
- Panjang total steam ejector (A)
= 26 41 in 64
Universitas Sumatera Utara
- Panjang diffuser body (B) - Panjang booster body (C) - Lebar Suction Chamber (D) - Diameter lubang inlet bahan masuk (E) - Diameter lubang discharge (F) - Diameter lubang inlet steam (G)
= 22 1 in 16
= 4 37 in 64
= 3 7 in 8
= 2 1 in 2
= 2 1 in 2
= 1 1 in 2
5.10 Screw Conveyor (SC-101)
Fungsi
: Mengangkut cake dari centrifuge untuk
diumpankan ke rotary
dryer
Bentuk
: horizontal screw conveyor
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Jumlah
: 1 unit
Jarak angkut
:5m
Kondisi operasi
: Temperatur = 40 °C
Tekanan = 1 atm
Laju alir Densitas Laju alir volumetric
: F = 767,8059 kg/jam = 0,2414 kg/detik : ρ = 1329,339 kg/m3 = 82,99098 lbm/ft3 : Q = 0,007454 ft3/jam
Daya motor
: 0,007114 hp
5.11 Cooler (E-103) Fungsi
ke
Jenis Jumlah
: Untuk menurunkan suhu dari evaporator
centrifuge : 1-2 shell and tube exchanger : 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Fluida panas
Laju alir fluida masuk (W) lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
Temperatur keluar (T2)
:
: 972,4082 kg/jam = 2.143,8044
: 115,25°C
: 35°C
= 239,432°F
= 95°F
Fluida dingin :
Laju alir fluida masuk (w)
Temperatur masuk (t1)
Temperatur keluar (t2)
: 1.105,7452 kg/jam = 2.437,7637 lbm/jam
: 30 0C
= 86 0F
: 60°C
= 140°F
Tube Jumlah tube Jumlah pass OD Panjang BWG Pitch ∆Pf Shell ID ∆Ps Jumlah pass
: 36 buah :2 : 3/4 in : 6 ft : 18 : 15/16 in, triangular : 02247 psi
: 10 in : 0,2256 psi :2
5.12 Bucket Elevator (BE)
Fungsi Jenis
: Mengangkut produk hexamine padatan dari SC menuju silo
: Centrifugal Discharge Elevator
Bahan Konstruksi : Carbon steel
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Kapasitas
: 909,0909 kg/jam
Dimensi Bucket Elevator
- Ukuran
= 102 in
- Kecepatan
= 43 putaran/menit
- Lebar
= 7 in
- Jarak antar Bucket = 7 in
Daya
: ½ hp
5.13 Pompa J-101
Fungsi
: Mengalirkan larutan formaldehid 37% dari tangki penyimpanan
ke dalam
Reaktor
Jenis
: Pompa sentrifugal
Spesifikasi
: - Debit pompa (Q)
= 6,8294 10-4 m3/detik
- Jumlah pompa
= 1 buah
- Diameter pompa = 1 1/2 in
- Schedule number = 40
- Kecepatan alir
= 0,52014 m/detik
- Total friksi
= 16,9448 J/kg
- Kerja poros
= 62,4838 J/kg
- Daya pompa
= 1/12 hp
5.14 Pompa J-102
Fungsi
: Mengalirkan larutan amonia dari tangki penyimpanan ke dalam
Reaktor
Jenis
: Pompa sentrifugal
Spesifikasi
: - Debit pompa (Q)
= 1,8100 x 10-4 m3/detik
- Jumlah pompa
= 1 buah
- Diameter pompa = 0,75 in
- Schedule number = 40
Universitas Sumatera Utara
- Kecep