Pembuatan Pupuk Urea Dengan Bahan Baku Gas Sintetis Dengan Kapasitas 120.000 Ton/Tahun

PRA RANCANGAN PABRIK
PEMBUATAN PUPUK UREA DENGAN BAHAN BAKU GAS
SINTETIS
DENGAN KAPASITAS 120.000 TON / TAHUN

TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia

OLEH :

ERIKA MONA P.SIRAIT
NIM: 050405065

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010

Universitas Sumatera Utara

INTISARI

Gas sintesis merupakan gas yang diperoleh dari suatu proses, misalnya dari
proses penyulingan minyak bumi atau dari proses gasifikasi batubara. Gas sintesis ini
biasanya diekspor secara utuh dan dapat ditingkatkan nilai tambahnya dengan
mengubahnya menjadi produk turunan misalnya produk-produk petrokimia seperti
pupuk. Gas sintesis sebagai bahan baku pada pra-rancangan pabrik ini diperoleh dari
produk samping pengilangan minyak bumi. Pra-Rancangan pabrik pembuatan Pupuk
urea dari gas sintesis ini memiliki kapasitas 120.000 ton/tahun dengan 330 hari
kerja. Pabrik pembuatan Pupuk Urea ini membutuhkan nitrogen, hidrogen dan
karbon dioksida sabagai bahan baku dengan volume bahan baku total 40.742,4518
ton/tahun. Lokasi pabrik pembuatan pupuk urea ini direncanakan didirikan di Dumai,
Riau dengan luas areal 14.920 m2, tenaga kerja yang dibutuhkan 169 orang dengan
bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang direktur
utama dengan struktur organisasi sistem garis dan staf.
Hasil analisa ekonomi Pabrik Pupuk Urea adalah sebagai berikut:


Total Modal Investasi

:

Rp 871.308.635.435 ,-



Biaya Produksi

:

Rp 609.185.838.889 ,-



Hasil Penjualan

:

Rp 893.452.764.917 ,-



Laba Bersih

:

Rp 198.009.413.978 ,-



Profit Margin

:

31,66 %



Break Even Point

:

50,53 %



Return on Investment

:

22,73 %



Pay Out Time

:

4,4 tahun



Return on Network

:

37,88 %



Internal Rate of Return

:

35,23 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Pupuk Urea Dari Gas Sintesis ini layak untuk didirikan.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
Hal
KATA PENGANTAR ............................................................................................i
INTISARI ............................................................................................................ iii
DAFTAR ISI ........................................................................................................iv
DAFTAR TABEL ................................................................................................ vi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. x
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xi
BAB I

PENDAHULUAN ............................................................................ I-1
1.1 Latar Belakang ............................................................................ I-1
1.2 Perumusan Masalah .................................................................... I-2
1.3 Tujuan Perancangan ..................................................................... I-3
1.4 Manfaat Perancangan .................................................................... I-3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... II-1
2.1 Urea ............................................................................................. II-1
2.2 Macam-Macam Proses Sintesis Urea .............................................. II-2
2.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Urea......................... II-2
2.4 Gambaran Umum Gas Sintesis ..................................................... II-3
2.5 Proses Produksi Amonia Secara Umum ...................................... II-4
2.6 Proses Produksi Urea Secara Umum .......................................... II-9
2.7 Deskripsi Proses ...................................................................... II-11
2.8 Sifat Fisika dan Kimia Urea ..................................................... II-14
2.9 Sifat-sifat Reaktan dan Bahan Pembantu .................................. II-15

BAB III

NERACA MASSA ............................................................................III-1

BAB IV

NERACA ENERGI ......................................................................... IV-1

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-8

6.3

Keselamatan Kerja Pada Pra Rancangan
Pabrik Pembuatan Urea ............................................................ VI-9

Universitas Sumatera Utara

BAB VII UTILITAS...................................................................................... V11-1
7.1

Kebutuhan Steam (Uap) ........................................................... VII-1

7.2

Kebutuhan Air ......................................................................... VII-2

7.3

Kebutuhan Bahan Kimia ........................................................ VII-13

7.4

Kebutuhan Listrik .................................................................. VII-13

7.5

Kebutuhan Bahan Bakar ........................................................ VII-14

7.6

Unit Pengolahan Limbah........................................................ VII-15

7.7

Spesifikasi Peralatan Utilitas .................................................. VII-19

BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ...................................... VIII-1

BAB IX

BAB X

8.1

Lokasi Pabrik .......................................................................... VIII-1

8.2

Tata Letak Pabrik .................................................................... VIII-6

8.3

Perincian Luas Areal Pabrik .................................................... VIII-7

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-5

9.4

Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab........................ IX-7

9.5

Sistem Kerja ............................................................................. IX-9

9.6

Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan .............................. IX-10

9.7

Sistem Penggajian ................................................................... IX-13

9.8

Fasilitas Tenaga Kerja ............................................................. IX-14

ANALISA EKONOMI ...................................................................... X-1
10.1 Modal Investasi........................................................................... X-1
10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/ Total Cost (TC).............................. X-4
10.3 Perkiraan Rugi/labaUsaha ........................................................... X-5

BAB XI

KESIMPULAN ................................................................................ XI-1

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... xiv
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI

Universitas Sumatera Utara

10.4 Anal

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1

Data kebutuhan Urea di Indonesia ......................................................... I-2

Tabel 2.1

Kualitas Urea yang dihasilkan............................................................... II-3

Tabel 3.1

Neraca massa Reaktor Amonia (R-101) .............................................. III-2

Tabel 3.2

Neraca massa Flash Drum (F-101) ..................................................... III-2

Tabel 3.3

Neraca massa Reaktor Urea (R-201) ................................................... III-2

Tabel 3.4

Neraca massa Knock Out Drum (F-201) ...............................................

III-3
Tabel 3.5

Neraca massa Low Pressure Decomposer (S-201) ............................. III-3

Tabel 3.6

Neraca massa Knock Out Drum (F-202)............................................. III-4

Tabel 3.7

Neraca massa Evaporator I (FE-301) ................................................. III-4

Tabel 3.8

Neraca massa Evaporator II (FE-302) ................................................ III-5

Tabel 3.9

Neraca massa Prilling Tank (TK-402)................................................ III-5

Tabel 3.10 Neraca massa Neraca massa Screening (C-403) ................................ III-6
Tabel 4.1

Neraca Panas Reaktor (R-101) ............................................................ IV-2

Tabel 4.2

Neraca Panas Total Neraca Panas Flash Drum (F-101) ....................... IV-2

Tabel 4.3

Neraca Panas Neraca Panas Reaktor (R-201) ...................................... IV-2

Tabel 4.4

Neraca Panas Knock Out Drum (F-201) ............................................. IV-3

Tabel 4.5

Neraca Panas Low Pressure Decomposer (S-201) ............................... IV-3

Tabel 4.6

Neraca Panas Knock Out Drum (F-202) ............................................. IV-3

Tabel 4.7

Neraca Panas Evaporator I (FE-301) ................................................... IV-4

Tabel 4.8

Neraca Panas Evaporator II (FE-302).................................................. IV-4

Tabel 4.9

Neraca Panas Mealting Tank (TK-401) ............................................... IV-4

Tabel 4.10 Neraca Panas Total Prilling Tower (TK-402) ...................................... IV-5
Tabel 4.11 Neraca Panas Heater (E-101).............................................................. IV-5
Tabel 4.12 Neraca Panas Heater (E-102).............................................................. IV-5
Tabel 4.13 Neraca Panas Refrigrator (E-103) ....................................................... IV-6
Tabel 4.14 Neraca Panas Heater (E-104).............................................................. IV-6
Tabel 4.15 Neraca Panas Heater (E-201).............................................................. IV-6
Tabel 4.16 Neraca Panas Heater (E-202).............................................................. IV-7
Tabel 4.17 Neraca Panas Water Condenser (E-301) ............................................. IV-7

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.18

Neraca Panas cooler (E-302).......................................................... IV-7

Tabel 6.1

Daftar Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Urea . VI-4

Tabel 7.1

Kebutuhan Uap ............................................................................. VII-1

Tabel 7.2

Kebutuhan Air Pendingin .............................................................. VII-2

Tabel 7.3

Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan ...................................... VII-4

Tabel 7.4

Kualitas Air Sungai Rokan, Riau .................................................. VII-4

Tabel 7.5

Perincian Kebutuhan Listrik ........................................................ VII-12

Tabel 8.1

Perincian Luas Areal Pabrik .........................................................VIII-7

Tabel 9.1

Jadwal Kerja Karyawan Shift ....................................................... IX-10

Tabel 9.2

Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ............................................ IX-11

Tabel 9.3

Gaji Karyawan ............................................................................... IX-13

Tabel LA-1

Neraca Massa Reaktor (R-101) ....................................................... LA-3

Tabel LA-2

Hasil Perhitungan Pbuble dan Pdew ..................................................... LA-4

Tabel LA-3

Hasil Iterasi Flash Drum (F-101) .................................................... LA-5

Tabel LA-4

Hasil Perhitungan Flash Drum (F-101) ........................................... LA-5

Tabel LA-5

Neraca Massa Flash Drum (F-101) ................................................. LA-6

Tabel LA-6

Neraca Massa Reaktor (R-201) .................................................... LA-12

Tabel LA-7

Neraca Massa Knock Out Drum (F-201) ....................................... LA-13

Tabel LA-8

Neraca Massa Low Pressure Decomposer (S-201) ........................ LA-15

Tabel LA-9

Neraca Massa Knock Out Drum (F-202) ....................................... LA-16

Tabel LA-10

Neraca Massa Evaporator I (FE-301) ............................................ LA-18

Tabel LA-11

Neraca Massa Evaporator 2 (FE-302)............................................ LA-20

Tabel LA-12

Neraca Massa Prilling Tower (TK-402) ........................................ LA-21

Tabel LA-13

Neraca Massa Screening (C-403) .................................................. LA-23

Tabel LB-1

Data Kapasitas Panas Komponen Gas ............................................. LB-1

Tabel LB-2

Data Panas Perubahan Fasa Komponen ........................................... LB-1

Tabel LB-3

Data Panas Reaksi Komponen......................................................... LB-1

Tabel LB-4

Kapasitas panas liquid amonia ........................................................ LB-2

Tabel LB-5

Estimasi kapasitas panas liquid karbamat ........................................ LB-2

Tabel LB-6

Estimasi Kapasitas panas solid karbamat ......................................... LB-2

Tabel LB-7

Kapasitas panas liquid urea ............................................................. LB-2

Tabel LB-8

Kapasitas panas solid urea............................................................... LB-3

Universitas Sumatera Utara

Tabel LB-9

Panas Pembentukan ................................................................... LB-3

Tabel LB-10

Sifat fisika bahan baku ............................................................... LB-3

Tabel LB-11

Data steam dan air pendingin yang digunakan ............................ LB-4

Tabel LB-12

Data kapasitas panas refrigrant yang digunakan......................... LB-4

Tabel LB-13

Panas masuk alur 8 .................................................................... LB-5

Tabel LB-14

Panas masuk alur 10................................................................... LB-5

Tabel LB-15

Panas Keluar alur 11 .................................................................. LB-6

Tabel LB-16

Neraca panas Reaktor (R-101) ................................................... LB-7

Tabel LB-17

Panas keluar alur 12 fasa cair ..................................................... LB-7

Tabel LB-18

Panas keluar alur 14 fasa cair ..................................................... LB-8

Tabel LB-19

Panas keluar alur 13 fasa gas ...................................................... LB-8

Tabel LB-20

Neraca panas Flash Drum (F-101) .............................................. LB-9

Tabel LB-21

Panas masuk alur 16..................................................................LB-10

Tabel LB-22

Panas masuk alur 18..................................................................LB-10

Tabel LB-23

Panas masuk alur 21..................................................................LB-10

Tabel LB-24

Panas keluar alur 19 fasa gas .....................................................LB-11

Tabel LB-25

Panas keluar alur 19 fasa cair ....................................................LB-11

Tabel LB-26

Neraca panas Reaktor (R-201) ..................................................LB-13

Tabel LB-27

Panas masuk alur 19 fasa gas ....................................................LB-14

Tabel LB-28

Panas masuk alur 19 fasa cair ....................................................LB-14

Tabel LB-29

Panas keluar alur 22 ..................................................................LB-15

Tabel LB-30

Panas keluar alur 24 ..................................................................LB-15

Tabel LB-31

Neraca panas Knock Out Drum (F-201) ....................................LB-16

Tabel LB-32

Panas masuk alur 25..................................................................LB-17

Tabel LB-33

Panas keluar alur 26 ..................................................................LB-17

Tabel LB-34

Neraca panas Low Pressure Decomposer (S-201) .....................LB-18

Tabel LB-35

Panas keluar alur 25 ..................................................................LB-19

Tabel LB-36

Panas keluar alur 27 ..................................................................LB-20

Tabel LB-37

Panas keluar alur 26 ..................................................................LB-20

Tabel LB-38

Neraca panas Knock Out Drum (F-202) ....................................LB-20

Tabel LB-39

Panas keluar alur 28 ..................................................................LB-21

Tabel LB-40

Panas keluar alur 30 ..................................................................LB-22

Universitas Sumatera Utara

Tabel LB-41

Panas keluar alur 29 ..................................................................LB-22

Tabel LB-42

Neraca panas Evaporator I (FE-301) .........................................LB-24

Tabel LB-43

Panas masuk alur 31..................................................................LB-24

Tabel LB-44

Panas keluar alur 34 ..................................................................LB-25

Tabel LB-45

Panas keluar alur 33 ..................................................................LB-26

Tabel LB-46

Neraca panas Evaporator II (FE-302) ........................................LB-27

Tabel LB-47

Panas masuk alur 36..................................................................LB-28

Tabel LB-48

Panas masuk alur 42..................................................................LB-28

Tabel LB-49

Panas keluar alur 38 ..................................................................LB-29

Tabel LB-50

Neraca panas Melting Tank (TK-401) .......................................LB-30

Tabel LB-51

Panas masuk alur 37..................................................................LB-30

Tabel LB-52

Panas masuk udara Prilling Tower (TK-402) ............................LB-31

Tabel LB-53

Panas keluar alur 40 ..................................................................LB-32

Tabel LB-54

Panas keluar udara Prilling Tower (TK-402) .............................LB-32

Tabel LB-55

Neraca panas Prilling Tower (TK-302) .....................................LB-32

Tabel LB-56

Panas keluar alur 8 ....................................................................LB-33

Tabel LB-57

Neraca panas Heater (E-101) ....................................................LB-34

Tabel LB-58

Panas keluar alur 10 ..................................................................LB-35

Tabel LB-59

Neraca panas Heater (E-102) ....................................................LB-36

Tabel LB-60

Panas keluar alur 12 ..................................................................LB-37

Tabel LB-61

Panas keluar alur 12 ..................................................................LB-37

Tabel LB-62

Neraca panas Refrigrator (E-103) .............................................LB-38

Tabel LB-63

Panas keluar alur 15 ..................................................................LB-39

Tabel LB-64

Neraca panas Heater (E-104) ....................................................LB-40

Tabel LB-65

Panas keluar alur 18 ..................................................................LB-41

Tabel LB-66

Neraca panas Heater (E-201) ....................................................LB-42

Tabel LB-67

Panas keluar alur 21 ..................................................................LB-43

Tabel LB-68

Neraca panas Heater (E-202) ....................................................LB-44

Tabel LB-69

Panas keluar alur 36 ..................................................................LB-45

Tabel LB-70

Neraca panas Water Condenser (E-301)....................................LB-46

Tabel LB-71

Panas keluar alur 40 ..................................................................LB-47

Tabel LB-72

Neraca panas Cooler (E-302) ....................................................LB-48

Universitas Sumatera Utara

Tabel LC-1

Komposisi umpan reaktor .........................................................LC-25

Tabel LD-1

Perhitungan Entalpi Tinggi Menara Pendingin ......................... LD-17

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-8

Tabel LE-5

Biaya Sarana Transportasi..................................................... ....LE-11

Tabel LE-6

Perincian Gaji Pegawai ............................................................. LE-15

Tabel LE-7

Perician Biaya Kas .................................................................... LE-17

Tabel LE-8

Perincian Modal Kerja .............................................................. LE-19

Tabel LE-9

Aturan Depresiasi sesuai UU RI No.17 tahun 2000 ................... LE-20

Tabel LE-10

Perkiraan Biaya Depresiasi sesuai UU RI No.17 tahun 2000 ..... LE-21

Tabel LE-11

Data perhitungan IRR ............................................................... LE-29

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 8.1

Perincian Luas Areal Pabrik ...................................................... VIII-9

Gambar 9.1

Bagan struktur organisasi perusahaan pabrik
Pembuatan Urea ........................................................................ IX-15

Gambar LD-1 Spesifikasi screening ................................................................. LD-1
Gambar LD-2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT).LD-17
Gambar LD-3 Kurva Hy terhadap 1/(Hyi – Hy) .............................................. LD-18
Gambar LE-1 Grafik BEP (Break Even Point)................................................. LE-29

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

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 PERALATAN UTILITAS... LD-1
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI ..................................... LE-1

Universitas Sumatera Utara

INTISARI

Gas sintesis merupakan gas yang diperoleh dari suatu proses, misalnya dari
proses penyulingan minyak bumi atau dari proses gasifikasi batubara. Gas sintesis ini
biasanya diekspor secara utuh dan dapat ditingkatkan nilai tambahnya dengan
mengubahnya menjadi produk turunan misalnya produk-produk petrokimia seperti
pupuk. Gas sintesis sebagai bahan baku pada pra-rancangan pabrik ini diperoleh dari
produk samping pengilangan minyak bumi. Pra-Rancangan pabrik pembuatan Pupuk
urea dari gas sintesis ini memiliki kapasitas 120.000 ton/tahun dengan 330 hari
kerja. Pabrik pembuatan Pupuk Urea ini membutuhkan nitrogen, hidrogen dan
karbon dioksida sabagai bahan baku dengan volume bahan baku total 40.742,4518
ton/tahun. Lokasi pabrik pembuatan pupuk urea ini direncanakan didirikan di Dumai,
Riau dengan luas areal 14.920 m2, tenaga kerja yang dibutuhkan 169 orang dengan
bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang direktur
utama dengan struktur organisasi sistem garis dan staf.
Hasil analisa ekonomi Pabrik Pupuk Urea adalah sebagai berikut:


Total Modal Investasi

:

Rp 871.308.635.435 ,-



Biaya Produksi

:

Rp 609.185.838.889 ,-



Hasil Penjualan

:

Rp 893.452.764.917 ,-



Laba Bersih

:

Rp 198.009.413.978 ,-



Profit Margin

:

31,66 %



Break Even Point

:

50,53 %



Return on Investment

:

22,73 %



Pay Out Time

:

4,4 tahun



Return on Network

:

37,88 %



Internal Rate of Return

:

35,23 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Pupuk Urea Dari Gas Sintesis ini layak untuk didirikan.

Universitas Sumatera Utara

BAB I
PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang
Sebagai negara yang sedang berkembang, bangsa Indonesia memiliki

kewajiban untuk melaksanakan pembangunan di segala bidang. Salah satunya adalah
pembangunan di sektor ekonomi, yang sedang digiatkan oleh pemerintah untuk
mencapai kemandirian perekonomian nasional. Untuk mencapai tujuan ini
pemerintah menitikberatkan pada pembangunan di sektor industri.
Perkembangan industri di Indonesia, khususnya industri kimia mengalami
peningkatan dari tahun ke tahun. Kemajuan di bidang industri mempunyai peranan
yang sangat penting dalam pembangunan nasional di segala bidang guna
meningkatkan kesejahteraan masyarakat.
Secara garis besar, pembangunan dibagi atas dua bagian yakni pembangunan
material dan pembangunan spiritual. Pada saat ini pembangunan material
dititikberatkan pada sektor industri kimia sebagai landasan industrialisasi di negara
kita. Pembangunan industri diarahkan untuk menuju kemandirian perekonomian
nasional, meningkatkan kemampuan bersaing dan menaikkan pangsa pasar dalam
negeri dan luar negeri dengan memelihara kelestarian fungsi lingkungan hidup.
Pembangunan industri juga ditujukan untuk memperkokoh struktur ekonomi
nasional dengan keterkaitan yang kuat dan saling mendukung antar sektor,
meningkatkan daya tahan perekonomian nasional, memperluas lapangan kerja dan
kesempatan usaha sekaligus mendorong berkembangnya kegiatan berbagai sektor
pembangunan lainnya.
Urea merupakan pupuk nitrogen yang paling mudah dipakai dikarenakan
bentuknya yang berupa pril atau granul (butiran) sehingga dapat dengan mudah
diangkut dan mudah larut dalam air serta tidak meninggalkan residu garam setelah
dipakai pada tanaman. Zat ini mengandung nitrogen paling tinggi (46 %) diantara
semua pupuk padat. Proses pembuatan urea secara sintesa untuk pertama kali
diperkenalkan oleh Woehler pada tahun 1828 dengan cara memanaskan NH4CO
(amonium sianat), kemudian tahun 1870 urea dibuat dengan proses dehidrasi

Universitas Sumatera Utara

amonium karbamat, tetapi secara komersil baru dilaksanakan 50 tahun kemudian.
Sejak saat itu konsumsi urea yang meningkat dan teknologi proses pembuatan urea
terus mengalami perkembangan. Pada industri, urea di produksi dengan mereaksikan
amonia dengan karbon dioksida pada suhu dan tekanan tinggi. Perkembangan
teknologi proses pembuatan urea saat ini mengalami kemajuan yang sangat pesat
dengan mengembangkan teknologi proses daur ulang, hemat energi, meningkatkan
konversi CO2 dan kualitas produk, menurunkan biaya produksi dan menerapkan
teknologi yang ramah lingkungan.
Peranan industri pupuk dalam menunjang ekonomi khususnya sektor pertanian
tidak diragukan. Ekspansi sektor pertanian khususnya pada awal 1970-an hingga
pertengahan 1980-an tidak terlepas dari peran industri pupuk yang memungkinkan
petani mengoptimalkan hasil revolusi hijau (green revolution) untuk meningkatkan
hasil produksinya. Seiring dengan terus meningkatnya luas lahan pertanian dan
perkebunan di Indonesia, kebutuhan akan pupuk urea pun semakin meningkat.
Selama ini industri pupuk Urea langsung memanfaatkan produk utama yang
menjadi bahan bakunya yaitu gas CO2 dan Amonia cair yang berasal dari pabrik
pembuatan kokas batu bara. Sedangkan pada pra rancangan pabrik urea ini
memanfaatkan produk samping dari Pertamina Data kebutuhan Urea dapat dilihat
pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Data kebutuhan Urea di Indonesia
Tahun

Jumlah (ton)

2006

5.620.000

2007

9.169.483

2008

9.780.280

(Sumber: BPS, 2009)

1.2

Perumusan Masalah
Kebutuhan akan pupuk urea di Indonesia terus meningkat setiap tahunnya.

selama ini hanya diperoleh dengan memanfaatkan bahan baku NH3 yang sudah jadi
sehingga dibutuhkan biaya mahal untuk produksinya, maka dibutuhkan suatu upaya
untuk mengurangi biaya produksi tersebut dengan memanfaatkan gas sintetis yang
berasal dari produk sampingan Pertamina yang dapat digunakan sebagai bahan baku

Universitas Sumatera Utara

untuk pembuatan pupuk urea. Untuk itu diperlukan mendirikan pabrik pembuatan
pupuk urea sehingga dapat memenuhi kebutuhan di dalam maupun luar negeri.

1.3

Tujuan Pra Rancangan
Tujuan perancangan pabrik pembuatan pupuk urea dari gas sintesis adalah

untuk menerapkan disiplin ilmu teknik kimia yang meliputi neraca massa dan energi,
operasi teknik kimia, utilitas dan bagian ilmu kimia lainnya yang disajikan dalam pra
rancangan pabrik pembuatan pupuk urea dari gas sintetis, serta mengetahui
kelayakan pendirian pabrik ini dari awal.

1.4

Manfaat Pra Rancangan Pabrik
Manfaat dari pra rancangan pabrik ini adalah untuk memenuhi kebutuhan

pupuk urea

didalam negeri

dan selanjutnya akan dikembangkan untuk tujuan

ekspor. Selain itu pendirian pabrik pupuk urea ini diharapkan mampu membuka
lapangan kerja dan mampu meningkatkan taraf hidup dan kesejahteraan rakyat.
Kemudian diharapkan dapat memberikan informasi mengenai pabrik pupuk urea dari
gas sintetis sehingga dapat dijadikan referensi untuk pendirian suatu pabrik pupuk
urea.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Urea
Urea adalah suatu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon, hidrogen,

oksigen dan nitrogen dengan rumus CON2H4 atau (NH2)2CO. Urea juga dikenal
dengan nama carbamide yang terutama digunakan di kawasan Eropa. Nama lain
yang juga sering dipakai adalah carbamide resin, isourea, carbonyl diamide dan
carbonyldiamine. Senyawa ini adalah senyawa organik sintesis pertama yang
berhasil dibuat dari senyawa anorganik. (wikipedia, 2007)
Urea merupakan pupuk nitrogen yang paling mudah dipakai. Zat ini
mengandung nitrogen paling tinggi (46%) di antara semua pupuk padat. Urea mudah
dibuat menjadi pelet atau granul (butiran) dan mudah diangkut dalam bentuk curah
maupun dalam kantong dan tidak mengandung bahaya ledakan. Zat ini mudah larut
didalam air dan tidak mempunyai residu garam sesudah dipakai untuk tanaman.
Kadang-kadang zat ini juga digunakan untuk pemberian makanan daun. Disamping
penggunaannya sebagai pupuk, urea juga digunakan sebagai tambahan makanan
protein untuk hewan pemamah biak, juga dalam produksi melamin, dalam
pembuatan resin, plastik, adhesif, bahan pelapis, bahan anti ciut, tekstil, dan resin
perpindahan ion. Bahan ini merupakan bahan antara dalam pembuatan amonium
sulfat, asam sulfanat, dan ftalosianina (Austin, 1997).
Urea ditemukan pertama kali oleh Roelle pada tahun 1773 dalam urine.
Pembuatan urea dari amonia dan asam sianida untuk pertama kalinya ditemukan oleh
F.Wohler pada tahun 1828 . Namun pada saat ini pembuatan urea pada umumnya
menggunakan proses dehidrasi yang ditemukan oleh Bassarow pada tahun 1870.
Proses ini mensintesis urea dari pemanasan amonium karbamat.
Prinsip pembuatan urea pada umumnya yaitu dengan mereaksikan antara
amonia dan karbondioksida pada tekanan dan temperatur tinggi didalam reaktor
kontinu untuk membentuk amonium karbamat (reaksi1) selanjutnya amonium
karbamat yang terbentuk didehidrasi menjadi urea (reaksi 2).

Universitas Sumatera Utara

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Reaksi 1 : 2 NH3(g) + CO2(g)
Reaksi 2 : NH2COONH4(g)

NH2COONH4(g)
NH2CONH2(g) + H2O(l)

Sintesis urea dilakukan dengan amonia yang berlebih agar kesetimbangan
dapat bergeser ke arah kanan sehingga dapat dihasilkan produk yang lebih banyak.
(Muliawati, 2007)

2.2

Proses Sintesis Urea
Berdasarkan ammonium karbamat yang tidak terkonversi, proses sintesis urea

secara komersial dapat dibagi menjadi beberapa jenis yaitu :

a. Once-through urea process
Amonium Karbamat yang tidak terkonversi menjadi urea didekomposisi menjadi gas
NH3 dan CO2 dengan cara memanaskan keluaran urea syntesis reaktor pada tekanan
rendah . Gas NH3 dan CO2 dipisahkan dari larutan urea dan dimanfaatkan untuk
memproduksi garam amonium dengan cara mengabsorbsi NH3 dengan larutan asam
nitrat atau asam sulfat sebagai absorben.

b. Solution recycle urea process
Karbamat yang tidak terkonversi didekomposisi menjadi gas NH3 dan CO2.
Selanjutnya gas amonia dan karbondioksida tersebut diabsorbsi oleh air dan
dikembalikan kedalam reaktor dalam bentuk larutan. (Muliawati, 2007)

2.3

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Urea
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi pembuatan urea yaitu:

a. Temperatur
Reaksi sintesis urea berjalan pada temperatur optimal adalah 1850C dengan waktu
pemanasan sekitar 30 menit. Jika temperatur turun akan menyebabkan konversi
amonium karbamat menjadi urea akan turun.

Universitas Sumatera Utara

b. Tekanan
Untuk menghasilkan urea yang optimal, maka diperlukan tekanan tinggi yaitu
250kg/cm2 karena konversi amonium karbamat menjadi urea hanya berlangsung
pada fasa cair sehingga tekanan harus dipertahankan pada keadaan tinggi.
c. Perbandingan NH3 dan CO2
Industri urea di Indonesia pada umumnya mensintesis urea dengan perbandingan NH3
dan CO2 adalah 2-2,5 mol. Hal ini dikarenakan perbandingan mol dapat mempengaruhi
suhu, tekanan operasi dan jumlah amonia yang terbentuk.

d. Jumlah air
Jumlah air dalam reaktor dapat berpengaruh terhadap reaksi yang kedua yaitu penguraian
amonium karbamat menjadi urea dan air. Jika terdapat air dalam jumlah yang cukup
banyak, maka akan memperkecil konversi terbentuknya urea dari larutan karbamat.

Berikut ini diberikan kualitas urea yang dihasilkan pada Pabrik Sriwijaya.
(Muliawati, 2008)
Tabel 2.1 Kualitas Urea yang dihasilkan
Komponen

Kandungan dalam pupuk Urea

Nitrogen

46,2 % berat (minimum)

Air

0,3 % berat (minimum)

Karbamat

0,5 % berat (minimum)

Besi

1 ppm berat (maksimum)

Amonia bebas

150 ppm berat (maksimum)

Abu

15 ppm (maksimum)

(Sumber: PUSRI, 2007)

2.4

Gambaran Umum Gas Sintesis
Gas sintesis merupakan gas yang diperoleh dari suatu proses, misalnya dari

proses penyulingan minyak bumi atau dari proses gasifikasi batubara. Gas sintesis
yang diperoleh merupakan bahan antara atau intermediate material pada pembuatan
ammonia dan karbondioksida merupakan hasil sampingnya yang digunakan dalam

Universitas Sumatera Utara

proses pembutan pupuk. Gas sintesis terdiri dari beberapa senyawa kimia, yakni
Hidrogen (H2) 56,4%, Nitrogen (N2) 33,1%, Metana (CH4) 7,1%, Uap air (H2O)
1,7%, Karbon monoksida (CO) 1,3% dan Karbon dioksida (CO2)0,4%. (Subekti,
2005)

2.5

Proses Produksi Ammonia Secara Umum
Tahapan reaksi yang terjadi di hydrogen plant adalah desulfurisasi, steam

reforming, shift convention, absorbsi CO2 dan metanasi. Produk yang dihasilkan
adalah gas hidrogen.
a. Desulfurisasi
Feed hidrokarbon harus dihilangkan sifatnya untuk melindungi katalis di
reformer. Tipe dari desulfurisasi dipengaruhi feed stock dari senyawa sukfur pada
feed. Hidrogen sulfida dan kompoenen sulfur reaktif dapat dihilangkan dengan
absorbsi karbon aktif atau absorbsi zinc oksida panas. Komponen sulfur yang tidak
reaktif pada feed stock dapat dihilangkan dengan hidrogenasi menjadi hirogen
sulfida memakai zinc oksida. Katalisator zinc oksida sangat baik untuk penghilangan
senyawa sulfur pada feed stock. Adapun reaksinya sebagai berikut :
ZnO + H2S

⇔

ZnS + H2O

Katalis zinc oksida digunakan pada suhu sampai 4540C, tetapi paling efektif
pada suhu 3400C dan tekanan atmosfer sampai 50 kg/cm2. Sedangkan Space Velocity
antara 200 per-jam sampai 2000 per-jam dan kandungan hidrogen sulfida maksimum
50 ppm.

b. Steam hydrocarbon reforming
Hydrocarbon setelah diproses pada Desulfurizer dicampur dengan steam dan
selanjutnya diproses pada Reformer dengan bantuan katalis nikel dengan alumina
yang ditempatkan di dalam tube reformer. Adapun reaksinya sebagai berikut :
CnHm+ nH2O ⇔ nCO2 + m(n+2)H2
CO + H2O

⇔

CO2 + H2

CO + 3H2

⇔

CH4 + H2O

Burner digunakan untuk memanaskan feed sampai mencapai suhu reaksi.
Suhu operasi 8500C dan tekanan 18 kg/cm2 ; sedangkan steam/carbon sebesar 2,5-8

Universitas Sumatera Utara

mol. Jika feed-nya methane, diperlukan steam carbon ratio lebih kecil dibaningkan
dengan buthane. Disamping kebutuhan steam untuk keperluan proses I Shift
Catalyst. Kebutuhan steam harus seimbang agar effluent dari reformer jangan ada
yang terbentuk methane.

c. Shift Converter
Karbon monoksida pada reformer ridak akan terabsorb pada absorber sistem
dan karbon monooksida ini harus dikonversi menjadi karbon dioksida pada Shift
Converter. Ini merupakan fungsi dari shift converter untuk mereaksikan
karbonmonoksida dengan steam menjadi bentuk tambahan antara hidrogen dengan
karbon dioksida. Reaksi pada Shift Converter adalah :
⇔

CO + H2O

CO2 + H2 + Heat

Walaupun reaksi ini eksotermis, namun berlangsung pada suhu rendah,
konsentrasi steam yang tinggi dan tidak dipengaruhi oleh tekanan. Reaction rate
akan terjadi pada suhu yang lebih tinggi, jika suhunya rendah konversinya lebih
sempurna tetapi reaction rate-nya lambat. Oleh sebab itu dibutuhkan dua stage
konversi, yaitu:
- High Temperatur Shift Coverter (HTSC) dengan suhu operasi 3300C-5100C dan
tekanan 50 kg/cm2, tetapi pada tekanan 121 kg/cm2 memungkinkan untuk
beroperasi, sedangkan normal wet gas space velovity antara 1000 hingga 5000 per
jam.
- Low Temperatur Shift Converter (LTSC) yang beroperasi pada suhu 1930C-2500 C
dan tekanan 51 kg/cm2. katalis memiliki thermal stability tinggi tetapi sangat
dipengaruhi oleh senyawa sulfur dan klorida serta normal wet gas space velovity
antara 2000-5000 per jam
d. CO2 Absorbtion
Beberapa sistem absorbsi yang digunakan untuk menghilangkan CO2 dari
produksi gas, yaitu :
1. Mono Ethanol Amine (MEA)
2. UCAR Amine Guard System (Actived MEA)
3. Hot Potassium Carbonat seperti Vetrocoke, catacarb, benfield process

Universitas Sumatera Utara

4. Sulfinol process
Hot potassium carbonate dioperasikan pada suhu yang lebih tinggi
dibandingkan MEA dan Sulfinol, oleh sebab itu biayanya lebih murah dibandingkan
MEA dan sulfinol. MEA dan sulfinol solution mengabsorb pada suhu 350C
sedangkan hot Potassium Carbonate pada suhu 1250C. Untuk memilih proses mana
yang dipakai, tergantung pada spesifikasi produk dan steam balance. Reaksi yang
terjadi pada Potassium Carbonate (K2CO3) dan CO2 sebagai berikut:
⇒

K2CO3 + CO2 + H2O

2KHCO3

Reaksi ini terjadi 2 langkah :
•

Langkah Pertama : Hydrolysis Potassium Carbonate
⇔

K2CO3 + H2O
•

KOH + KHCO3

Langkah Kedua : Potassium Hydroxide direaksikan dengan CO2 menjadi
Potassium Bicarbonate
KOH + CO2

⇒

KHCO3

Untuk menaikkan aktivitas dari Potassium Carbonate digunakan amine borate
dimana proses ini disebut Catacarb, sedangkan proses benfield menggunakan Hot
Potassium Carbonate dengan actived agent DEA.

e. Methanation
Sisa-sisa dari karbon oksida yang keluar dari absorber sistem dirubah ke
bentuk methan dengan bantuan katalis. Karbon oksida dihidrogenasi menjadi
methane terjadi pada reaksi yang mana keduanya secara eksotermis. Adupun
reaksinya adalah :
CO + 3H2

⇔

CH4 + H2O

CO2 + 4H2

⇔

CH4 + 2H2O

Sisa karbon oksida bisa dikurangi sekitar 5-10 ppm pada proses methanasi. Suhu
operasi antara 2320C-4540C dan teknan hingga 60 kg/cm2, namun bisa beroperasi
hingga 250 kg/cm2. Katalis harus dilindungi dari sulfur, khlorine, dan arsenic. Space
velocity 5000-12000 volume gas pada STP per-jam, per-volume katalis. (Pertamina,
2009)
f. Synthesis Loop dan Amoniak Refrigerant
•

Synthesis Loop

Universitas Sumatera Utara

Gas sintesis yang akan masuk ke daerah ini harus memenuhi persyaratan
perbandingan H2/N2 = 2,5 – 3 : 1. gas sintesis pertama-tama akan dinaikkan
tekanannya menjadi sekitar 177.5 kg/cm2 oleh syn gas compressor dan dipisahkan
kandungan airnya melalui sejumlah K.O. Drum dan diumpankan ke Amoniak
Converter dengan katalis iron.
Reaksi :

N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

Kandungan Amoniak yang keluar dari Amoniak Converter adalah sebesar

12,05-

17,2 % mol.
Ada banyak variabel yang mempengaruhi sintesis amonia di dalam ammonia
converter di antaranya adalah temperatur, tekanan, laju alir gas sintesis dan
kecepatan ruang, perbandingan antara H2 dan N2, jumlah inert, serta katalis.
Penjelasan dari masing-masing faktor adalah sebagai berikut (PT .Pupuk Kujang,
2007) :
1. Temperatur

Sesuai dengan Azas Le Chatelier “Jika suatu sistem berada dalam
kesetimbangan, suatu kenaikan temperatur akan menyebabkan kesetimbangan itu
bergeser ke arah yang menyerap kalor (reaksi penguraian/reaksi endoterm)”. Dan
reaksi sintesis ammonia merupakan reaksi eksoterm (reaksi pembentukan) :
N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

Sedangkan reaksi penguraian amonia adalah reaksi endoterm :
2NH3(g)

N2(g) + 3H2(g)

Perubahan temperatur akan mengakibatkan bergesernya kesetimbangan reaksi.
2. Tekanan
Menurut Azas Le Chatelier, kenaikan tekanan menyebabkan reaksi bergeser
ke arah mol (koefisien reaksi) yang lebih kecil (ke arah pembentukkan NH3), tetapi
jika tekanan berkurang maka kecepatan tumbukan antar molekul reaktan berkurang,
sehingga kecepatan reaksi pembentukkan NH3 menurun atau ke arah penguraian NH3
3. Laju alir gas reaktan
Sesuai dengan Azas Le Chatelier, jika komponen reaktan ditambah dan
produk terus-menerus diambil/dikurangi maka reaksi kesetimbangan akan bergeser
ke arah pembentukkan NH3.

Universitas Sumatera Utara

4. Perbandingan reaktan antara hidrogen dan nitrogen
Menurut reaksi kesetimbangan, pembentukan amonia dalam memproduksi 1
mol gas NH3 membutuhkan 1/2 mol N2 dan 3/2 mol H2. Perbandingan N2:H2 = 1:3.
5. Jumlah gas inert
Jika terjadi peningkatan kadar gas inert dalam ammonia coverter yang
terutama terdiri dari metana dan argon maka dapat mengakibatkan turunnya produksi
pembentukan amonia.

6. Katalis
Katalis merupakan zat yang dapat mempercepat reaksi namun tidak ikut
bereaksi. Peranan katalis adalah untuk menurunkan energi aktivasi reaksi. Sesuai
dengan fasa terjadinya reaksi, maka katalis dibedakan menjadi dua jenis yaitu: katalis
homogen dan heterogen. Dalam industri umumnya katalis yang dipakai adalah katalis
heterogen karena lebih ekonomis. Katalis heterogen yang paling banyak digunakan
adalah dalam bentuk unggun dengan keunggulan lebih mudah pengoperasiannya,

mudah dalam regenerasi, dan harganya relatif lebih murah. Katalis yang digunakan
untuk sintesis amonia adalah iron.
•

Amoniak Refrigerant

Amoniak cair yang dipisahkan dari gas sintesis masih mengandung sejumlah
tertentu gas-gas terlarut. Gas-gas inert ini akan dipisahkan di seksi Amoniak
Refrigerant yang berfungsi untuk :
o Mem-flash amoniak cair berulang-ulang dengan cara menurunkan tekanan di
setiap tingkat flash drum untuk melepaskan gas-gas terlarut.
o Sebagai bagian yang integral dari refrigeration, chiller mengambil panas dari
gas synthesa untuk mendapatkan pemisahan produksi amoniak dari Loop
Synthesa dengan memanfaatkan tekanan dan temperatur yang berbeda di
setiap tingkat refrigeration.
g. Produk Amoniak
Produk Amoniak yang dihasilkan terdiri atas dua, yakni :
•

Warm Ammonia Product (30oC) yang digunakan sebagai bahan baku untuk
pabrik urea.

Universitas Sumatera Utara

•

Cold Ammonia Product (-33oC) yang disimpan dalam Ammonia
Storage Tank (wikipedia, 2007).

2.6 Proses Produksi Urea Secara Umum
Urea dihasilkan dari ammonia liquid dan gas CO2 sebagaimana reaksi sebagai
berikut :
(1) 2NH3 (l) + CO2(g) NH2 CO ONH4 (liq Ammonium Karbamat)
(2) NH2 CO ONH4(l) NH2 CO NH2 (liq Urea) + H2O(liq)
Reaksi (1) merupakan pembentukan karbamat secara cepat dan eksotermis. Reaksi
(2) merupakan dekomposisi karbamat menjadi urea dan air yang berjalan lambat dan
sedikit endotermis.
Kondisi reaksinya sebagai berikut :
Tekanan

141 – 200 kg/cm2

Temperatur

183 – 189oC

Rasio mol NH3/CO2 (feed reaktor)

2,9 – 4,0

Reaktor Urea dilengkapi dengan sieve tray yang mempunyai volume cukup
untuk mengakomodasi residence time dari reaksi endotermis (2) yang relative lambat
dimana karbamat dikonversi menjadi urea. Sieve tray ini berfungsi agar pencampuran
reaktan (gas liq) berlangsung baik dengan spesifikasi volume vessel dan residence
time yang dibutuhkan di reactor (Wikipedia, 2008).
Fluida campuran meninggalkan reaktor mengandung urea, air, karbamat dan
ekses ammonia. Karbamat & excess ammonia akan dipisahkan dengan cara :
1. Proses Stamicarbon CO2 Stripping :

Liquid Outlet Reaktor di stripping dengan panas steam jenuh (tidak kontak
langsung) dan gas CO2 dari disch Comp yg bertujuan untuk menurunkan tekanan
parsial gas ammonia sehingga terjadi perubahan kesetimbangan dimana ammonia
fase liquid akan berubah ke gas sedangkan gas CO2 yg sebelumnya terlarut dalam
ammonia liquid (sbg karbamat) akan ikut ke keluar menjadi fase gas. Liquid Outlet
di bottom Stripper dikirim ke Reactor Column dengan diturunkan tekanannya ke 3,0
– 3,5 kg/cm2 serta dipanaskan. Gas NH3 & CO2 yang terlepas dari karbamat di top
Reactor Column masuk ke LPCC (Low Pressure Carbamat Condenser) untuk

Universitas Sumatera Utara

dikondensasikan lalu di pompakan (recycle) ke reactor Urea. Sedangkan cairan yang
keluar dari reaktor dengan Urea 63% dikirm ke Flash tank (vakum)
Sedangkan campuran gas CO2 dan NH3 dari top Stripper dialirkan ke HP
Carbamat Condenser bertemu dengan NH3 feed menjadi 80% carbamat liquid
(panasnya diserap kondensat untuk pembentukan steam tekanan rendah) dan sisanya
masih gas. Aliran beda fase ini dipisahkan menjadi 2 aliran dan bersama-sama
menuju Reaktor Urea. Di HPCC (High Pressure Carbamat Condenser) disengajakan
tidak semua gas CO2 & NH3 dikondensasikan karena panasnya masih dibutuhkan
untuk reaksi endotermis pembentukan carbamat liqid menjadi urea di reaktor Urea
(Wikipedia,2008).
2. Proses Stamicarbon Konvensional (Total Recycle):

Liquid Oulet Reaktor dialirkan ke Rectifying Column tingkat pertama, dimana
tekanannya diturunkan menjadi 18 kg/cm2 serta dipanaskan dengan steam saturated
sehingga carbamat liquid terdekomposisi jadi campuran gas CO2 & NH3. Lalu
cairanya masuk ke Reactor Column kedua dengan tekanan yang lebih rendah lagi
(3,5 kg/cm2). Gas Outlet Reactor Column I masuk ke Midlle Pressure Carbamat
Condenser utk dikondensasikan, sedangkan gas outlet Reactor Column II masuk ke
Washing Column dimana ada NH3 water yg menyerap gas tersebut, lalu campuran
gas liquid (NH3-CO2) masuk ke Low Pressure Carbamat Condenser. Dari LPCC,
carbamat liquid di kirim ke MPCC (Middle Pressure Carbamat Condenser) dan
dari MPCC diumpan lagi (recycle) ke Reaktor Urea bersama-sama dengan feed NH3
dan CO2. Liq Out Reactor Column II masuk ke Flash Tank (Wikipedia,2008).

Vacuum Evaporation
Larutan urea dengan konsentrasi 99,7% wt diperoleh dengan menguapkan air
pada kondisi vakum 2 tingkat.Larutan Urea outlet flash Tank dengan konsentrasi
73% masuk ke Evaporator yang terdiri dari 2 evaporator single pass yang bekerja
pada tekanan 0,34 dan 0,03 kg/cm2. Tiap Evaporator terdiri dari heater shell & tube,
separator vapor-liquid, serta surface condenser-ejector untuk menjaga kebutuhan
vakum. Pada Evaporator pertama, larutan urea yang berkonsentrasi 74% wt
dinaikkan menjadi 95,3% wt. Setelah pemisahan vapor di separator, larutan urea di
alirkan ke Evaporator kedua untuk mencapai konsentrasi 99,7%. Setelah dipisahkan

Universitas Sumatera Utara

dari vapornya di vapor-liquid separator, larutan urea konsentrasi tinggi atau urea
melt di pompakan ke prilling tower menuju prilling bucket.
Untuk meminimalkan pembentukan biuret (penguraian urea yg bersifat racun
bagi tanaman), harus memperhatikan batasan residence time di evaporator dimana
pembentukan

biuret

ini

dipengaruhi

residence

time

dan

temperature

(Wikipedia,2008).

Prilling
Prilling bucket merupakan sebuah conical bucket dengan lubang-lubang kecil
yang banyak, berputar pada kecepatan tertentu dengan gaya sentrifugal. Urea melt
terdistribusi menjadi tetesan kecil jatuh ke bawah tower sesuai luas cross section.
Selama jatuh ke bawah, terjadi proses solidifikasi. Panas kristalisasi di bawa dari
aliran udara secara counter current ke atas yang dihisap oleh fan.
Tetesan padat ini disebut prill. Untuk mengimprove kualitas prill, sejumlah
urea prill diumpankan lagi ke tower sebagai seeding (pembentukan inti) dari
kristalisasi tetesan urea melt. Produk Urea Prill merupakan butiran bulat dan keras
di scrap dan di transfer ke belt conveyor yang menuju ke Urea Bulk Storage .
Kualitas produk Urea Prill : Kandungan Nitrogen minimum 46,2%, Biuret maximum
1%, H2O maximum 0,5 %, Temperatur maximum 60 C, size 18 mesh minimum 98%
(Wikipedia,2008).

2.7 Deskripsi Proses
Proses dalam pembentukan Urea dibagi dalam 2 tahap yaitu:
•

Proses Pembentukan Ammonia
Gas nitrogen dan gas hidrogen yang berasal dari Hydrogen Plant dan

Nitrogen Plant industri pengilangan minyak diumpankan ke reaktor ammonia

(R-

101) dengan perbandingan 1 : 3. Reaksi berlangsung pada fasa gas dengan mengikuti
persamaan berikut :
N2 + 3 H2

2NH3

Gas hidrogen dan nitrogen sintesis dilewatkan melalui heater (E-101 dan E102), dan blower (B-101 dan B-102) untuk menaikan temperatur dan tekanannya
yang masing-masing sebesar temperatur 4500C dan pada tekanan 150 atm yang telah

Universitas Sumatera Utara

dikompres sebelum masuk ke tangki penyimpanan (TK-101 dan TK-102), kemudian
gas umpan tersebut diteruskan ke reaktor ammonia (R-101). Reaksi berlangsung
cepat dengan konversi maksimum 17,2 % mol (Rifai, 2007). Jenis reaktor yang
digunakan adalah jenis fixed bed dengan katalis besi. (Walas, 1988).
Reaksi pembentukkan ammonia ini merupakan reaksi reversible sehingga
menghasilkan reaksi kesetimbangan. Pembentukan 1 mol gas NH3 membutuhkan 1/2
mol gas N2 dan 3/2 mol gas H2. Selanjutnya, gas ammonia dikondensasi pada suhu 350C di dalam kondensor (E-103), kemudian ammonia cair bersama gas hidrogen
dan gas nitrogen yang tidak terkonversi diteruskan ke dalam flash drum (F-101)
untuk memisahkan ammonia dari gas hidrogen dan nitrogen yang tidak terkonversi.
Ammonia cair diteruskan