TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK VINYL ACETATE MONOMER DARI ETHYLENE, ACETIC ACID DAN OXYGEN KAPASITAS 100.000 TON TAHUN

PRARANCANGAN PABRIK VINYL ACETATE MONOMER DARI ETHYLENE, ACETIC ACID DAN OXYGEN KAPASITAS 100.000 TON / TAHUN JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat dan kasih-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen dengan kapasitas 100.000 ton/tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun material dari berbagai pihak. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Sunu Herwi Pranolo. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

2. Bapak Ir. Samun Triyoko dan Bapak Ir. Arif Jumari, M.Sc. selaku dosen pembimbing yang telah bersedia membimbing dalam penyusunan tugas akhir.

3. Segenap Civitas Akademika, yang turut membantu dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya.

Surakarta, Januari 2013

Penulis

5.8.1 Perencanaan Produksi ................................................ 115

5.8.2 Pengendalian Produksi ............................................... 116

BAB VI ANALISIS EKONOMI ..................................................................... 118

6.1 Pensksiran Harga Peralatan ..................................................... 118

6.2 Dasar Perhitungan ................................................................... 120

6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) .............................. 121

6.4 Hasil Perhitungan .................................................................... 122

6.4.1 Fixed Capital Investment (FCI) .............................. 122

6.4.2 Working Capital Investment (WCI) ........................ 123

6.4.3 Total Capital Investment (TCI) ............................... 123

6.4.4 Manufacturing Cost................................................... 123

6.4.5 General Expense ...................................................... 124

6.4.6 Analisa Kelayakan ................................................... 124

6.5 Kesimpulan .............................................................................. 132

Daftar Pustaka ................................................................................................. xiii Lampiran

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Impor Vinyl Acetate Monomer di Indonesia ........................ 2 Tabel 1.2

Kapasitas Pabrik VAM Yang Sudah Berdiri ............................... 4 Tabel 1.3

Kelebihan dan kekurangan pemilihan proses pembuatan vinyl acetate monomer ................................................................. 11

Tabel 2.1 Harga H f o dan G f 0 masing-masing komponen ......................... 24 Tabel 2.2

Nilai Konstanta Kinetika ............................................................. 27 Tabel 2.3

Neraca Massa di Tee-01............................................................... 34 Tabel 2.4

Neraca Massa di Tee-02............................................................... 35 Tabel 2.5

Neraca Massa di Tee-03............................................................... 35 Tabel 2.6

Neraca Massa di Reaktor.............................................................. 36 Tabel 2.7

Neraca Massa di Separator........................................................... 36 Tabel 2.8

Neraca Massa di Absorber 1........................................................ 37 Tabel 2.9

Neraca Massa di Absorber 2........................................................ 37 Tabel 2.10

Neraca Massa di Regenerator MEA............................................ 38 Tabel 2.11

Neraca Massa di Menara Distilasi............................................... 38 Tabel 2.12

Neraca Massa di Dekanter........................................................... 38 Tabel 2.13

Neraca Massa Total..................................................................... 39 Tabel 2.14

Neraca Panas Reaktor ................................................................. 39 Tabel 2.15

Neraca Panas Separator .............................................................. 40 Tabel 2.16

Neraca Panas Absorber 1 .......................................................... 40

Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift ............................................ 108 Tabel 5.2

Jumlah Karyawan menurut Jabatannya ......................................110 Tabel 5.3

Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ................................... 112 Tabel 6.1

Data Cost Index Chemical Plant ............................................... 119 Tabel 6.2

Fixed Capital Investment ........................................................... 122 Tabel 6.3

Working Capital Investment ...................................................... 123 Tabel 6.4

Manufacturing Cost ................................................................... 123 Tabel 6.5

General Expense .........................................................................124 Tabel 6.6

Analisis Kelayakan ................................................................... 132

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik Data Impor Vinyl Acetate monomer di Indonesia .......... 3 Gambar 1.2 Lokasi Pendirian Pabrik............................................................. 5 Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ............................................................. 29 Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ........................................................... 30 Gambar 2.3 Diagram Alir Proses .................................................................. 31 Gambar 4.1 Diagram Alir Pengolahan Air waduk ....................................... 76 Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Vinyl Acetate monomer................... 99 Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ............................................ 119 Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan ........................................................ 131

INTISARI

Budiono, 2013, Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen, Kapasitas 100.000 ton/tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Vinyl a cetate monomer merupakan salah satu jenis bahan kimia antara yang dip akai d alam pembu atan polyvinyl acetate, vinyl acetate copolymer dan polyvin yl alcohol.Vinyl acetate monomer dihasilkan dari reaksi gas-gas antara ethylene, acetic acid dan oxygen. Untuk memenuhi kebutuhan d alam negeri, maka dirancang p abrik vinyl aceta te monomer dengan kapasitas 100.000 ton/tahun dengan b ahan baku ethylene 36.675,53 to n/tahun, acetic acid 71.673 ,81 to n/tahu n dan oxygen 32.474,65 ton/tahu n. Dengan memperhatikan faktor ketersed iaa n bahan baku , transportasi, tenaga kerja, pemasaran, dan utilitas, maka lo kasi pabrik yang dipilih ad alah di Cilegon, Banten.

Peralatan utama untuk pabrik yang digunakan antara lain reaktor, sep arator, abso rber, menara distilasi, regenerator, vaporizer dan decan ter. Reakto r yang digunakan adalah reaktor fixed bed multitube pada tekanan 10 atm dan suhu

150 0 C. Dari reaktor masu k ke dalam sep arator memisahkan condensable gas yang melip uti asam asetat, air, d an vin yl acetate monomer dari campuran gas keluar dari reakto r. Produk atas separator dialirkan ke ab sorber I untuk mengambil VAM yang masih teriku t di fase gas. Hasil atas absorber I masuk ke absorber II u ntuk diambil gas karbondioksidanya sebelum di umpankan kembali ke reaktor. Hasil bawah dari sep arator dan absorber I dialirkan ke menara distilasi untuk memurnikan vinyl a cetate monomer. Hasil atas menara distilasi dialirkan ke decanter untuk memurnikan p roduk samp ai 9 9,9 % vin yl acetate monomer, dan hasil bawahn ya berupa asam asetat dan air dialirkan ke vaporizer untu k di uapkan bersama umpan asam asetat fresh sebelum masuk reaktor. Sementara, fraksi berat dari decanter berupa air,asam asetat dan sedikit vam akan dip roses di Unit Pengolahan Limbah.

Utilitas terdiri dari unit penyediaan air untu k konsumsi sebanyak 1275 kg/jam, steam sebanyak 7798,96 kg/jam, air pendingin seb anyak 48.920,4 kg/jam,

udara tekan sebanyak 100 m 3 /jam, tenaga listrik seb esar 1550 kW , bahan b akar

batubara sebanyak 5152,13 kg/jam , dan unit pengo lahan limbah. Terdapat tiga buah laboratorium, ya itu laborato rium fisik, laboratorium analitik, dan laborato rium penelitian dan pengemb angan.

Bentu k perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas), stru ktur organisasi ad alah line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan sh ift dan non shift. Pabrik berop erasi selama 24 jam p er hari d an 330 hari per tahun. Jumlah kebutuhan tenaga kerja seban yak 200 orang.

Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik vinyl acetate monomer diperoleh total investasi sebesar US$ 45.775.154 ,49 dan total biaya produ ksi US$ 120.392.663,61. Hasil analisa kela yakan menunjukkan ROI seb elum pajak 48,67% d an setelah pajak 36,50%. POT sebelum pajak 2 0 bulan dan setelah pajak 26 bulan, BEP 45,44%, SDP 29,75% dan DCF sebesar 34,02 %. Berdasar analisis ekono mi dap at d isimpulkan b ahwa pendirian pabrik

vinyl aceta te monomer dengan kapasitas 100 .000 ton/tahun la ya k dip ertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik

Perkembangan industri kimia di Indonesia saat ini terus mengalami peningkatan, baik industi yang menghasilkan produk jadi maupun industri antara. Salah satu diantaranya adalah vinyl asetat. Kebutuhan bahan ini dari tahun ke

tahun terus meningkat. Vinyl asetat merupakan bahan kimia produk antara (intermediate product ) yang dipakai dalam pembuatan polyvinyl acetate, vinyl acetate copolymer , polyvinyl alcohol dan vinyl chloride.

Di Indonesia terdapat beberapa pabrik polyvinyl acetat (PVAc) yang memanfaatkan vinyl acetate monomer sebagai bahan baku pembuatannya, antara lain PT Dovchem Indonesia di Merak, PT Arjuna Utama Kimia di Surabaya, PT Nippon Shokubai Indonesia di Cilegon, PT Arsitek Highpolymer, dan beberapa pabrik penghasil lem PVAc.

Vinyl asetat dalam bentuk polimer sangat luas kegunaannya antara lain dalam induarti cat, sebagai adhesive, pelapis, lem, film, tinta, tekstil dan industri kertas. Sedangkan bentuk kopolimernya misalnya dengan acrylonitrile dipakai untuk industri acrylic fibers (Othmer,1992).

Sampai saat ini kebutuhan vinyl asetat dan kopolimernya masih dipenuhi dengan impor. Oleh karena itu dengan didirikannya pabrik ini di Indonesia Sampai saat ini kebutuhan vinyl asetat dan kopolimernya masih dipenuhi dengan impor. Oleh karena itu dengan didirikannya pabrik ini di Indonesia

2. Membuka peluang didirikannya pabrik dengan bahan baku vinyl asetat antara lain dalam induarti cat, sebagai adhesive, pelapis, lem, film, tinta, tekstil dan industri kertas.

3. Membuka kesempatan kerja dengan menciptakan lapangan kerja baru.

1.2 Kapasitas Perencanaan

Di dalam menentukan kapasitas produksi pabrik vinyl asetat monomer yang akan didirikan ada beberapa faktor yang menjadi pertimbangan, diantaranya yaitu: jumlah konsumsi produk (kebutuhan dalam negeri), kebutuhan impor, kapasitas pabrik yang sudah ada, pasokan bahan baku yang akan digunakan. Karena di Indonesia belum dibangun pabrik vinyl acetate monomer, maka kebutuhan akan bahan ini dipenuhi dengan impor. Untuk menyusun kapasitas perencanaan pabrik vinyl acetate dilakukan dengan data impor.

1.2.1 Kebutuhan Vinyl Asetat di Dalam Negeri

Berdasarkan data Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia impor, kebutuhan vinyl asetat di Indonesia cukup besar. Dari tabel di bawah ini dapat diketahui kebutuhan vinyl asetat dalam negeri.

Tabel 1-1 Data impor vinil asetat di Indonesia

Tahun

Impor vinil asetat (ton)

(Sumber : Biro Pusat Statistik,2010)

Dari data impor tabel 1.1 diatas, kemudian dilakukan regresi secara polinomial untuk mendapatkan tren kenaikan impor vinyl asetat dan untuk memperkirakan impor vinyl asetat pada tahun 2015 di Indonesia. Data impor dan regresi secara polinomial untuk data impor ditunjukkan dalam gambar 1.1

Gambar 1.1 Grafik Data Impor Vinyl Acetate Monomer di Indonesia Dengan membuat grafik kebutuhan vinyl asetat per tahun dapat diperoleh persamaan yang mengikuti persamaan garis polinomial yaitu:

Impor = 724,01*tahun 2 – 2.903.883,39*tahun + 2.911.920.98

Pabrik vinyl asetat ini akan didirikan pada tahun 2015, dengan prediksi

y = 724.01x 2 - 2,903,883.39x + 2,911,779,920.98

R² = 0.95

Im

, to

Tahun

Penentuan kapasitas minimal berdasar pada kapasitas pabrik yang telah berproduksi dan layak untuk didirikan. Berikut ini adalah tabel industri vinyl acetate monomer di berbagai negara dan kapasitas produksinya.

Tabel 1-2 Kapasitas pabrik VAM yang sudah Berdiri

Negara

Perusahaan

Kapasitas (ton/tahun)

Amerika Serikat

Amerika Serikat

Du Pont

Amerika Serikat

Union Carbide

Inggris

BP Amoco

Jepang

Showa Denko

120.000 (Olsen, 2001)

1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku

Persediaan bahan baku utama pembuatan vinyl acetate monomer yaitu etilena diperoleh dari PT Chandra Asri, Cilegon yang memiliki kapasitas 625.000 ton/tahun, asam asetat dipasok dari Celanese Chemical Co,Ltd., China dengan

kapasitas total 600.000 ton/tahun dan oksigen dipasok dari PT Air Liquide, Cilegon dengan kapasitas 250.000 ton/tahun. Semua produk VAM yang dihasilkan akan diprioritaskan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri.

Berdasarkan faktor-faktor diatas, maka akan direncanakan pendirian pabrik vinyl acetate monomer . Dengan kapasitas produksi vinyl asetat monomer 100.000 ton/tahun, diperlukan bahan baku etilena kurang lebih sebanyak 36.000 ton/tahun, Berdasarkan faktor-faktor diatas, maka akan direncanakan pendirian pabrik vinyl acetate monomer . Dengan kapasitas produksi vinyl asetat monomer 100.000 ton/tahun, diperlukan bahan baku etilena kurang lebih sebanyak 36.000 ton/tahun,

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik

Lokasi suatu pabrik akan sangat mempengaruhi dalam penentuan kelangsungan produksi serta laba yang diperoleh. Idealnya, lokasi yang dipilih harus dapat memberikan kemungkinan memperluas atau memperbesar pabrik dan memberikan keuntungan untuk jangka panjang. Beberapa faktor yang harus dipertimbangkan untuk menentukan lokasi pabrik agar secara teknis dan ekonomis pabrik yang didirikan akan menguntungkan. Faktor tersebut antara lain: sumber bahan baku, pemasaran, penyediaan tenaga listrik, penyediaan air, jenis transportasi, kebutuhan tenaga kerja, tinggi rendahnya pajak, keadaan masyarakat, karakteristik lokasi, kebijaksanaan pemerintah.

Pabrik vinyl asetat direncanakan akan didirikan di Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC), Banten . Pemilihan ini dimaksudkan untuk mendapatkan keuntungan secara teknis maupun ekonomis.

faktor berikut:

1. Faktor Primer

a. Bahan Baku

Bahan baku pabrik vinyl asetat yaitu etilena (C 2 H 4 ) disuplai dari PT Chandra Asri Petrochemical Center ( PT CAPC), yang terletak di desa Sugih, Cilegon. Asam asetat diperoleh dengan cara impor dari Celanese Chemical Co., Ltd, yang terletak di Nanjing, China. Sedangkan oksigen diperoleh dari PT Air Liquide, Cilegon. Pabrik ini direncanakan didirikan di Kawasan Industri Cilegon mendekati bahan baku dan dekat dengan pelabuhan sehingga mempermudah proses transportasi bahan baku. Untuk meningkatkan efektifitas kerja dan menekan biaya produksi maka kota Cilegon sebagai lokasi pendirian pabrik adalah lokasi yang tepat.

b. Pemasaran

Cilegon berada di kawasan indusri Tangerang, Serang dan Merak yang padat dengan industri kimia sebagai pasar potensial. Mengingat bahan yang diproduksi merupakan bahan antara, yang merupakan bahan baku polimer, maka Cilegon dirasa merupakan tempat yang strategis.

c. Utilitas

Utilitas yang dibutuhkan adalah keperluan tenaga listrik, air dan bahan bakar. Karena daerah Cilegon merupakan kawasan industri maka kebutuhan utilatas dapat dipenuhi dengan mudah dan disediakan oleh kawasan. Air yang dibutuhkan diperoleh dari waduk Krenceng yang Utilitas yang dibutuhkan adalah keperluan tenaga listrik, air dan bahan bakar. Karena daerah Cilegon merupakan kawasan industri maka kebutuhan utilatas dapat dipenuhi dengan mudah dan disediakan oleh kawasan. Air yang dibutuhkan diperoleh dari waduk Krenceng yang

d. Tenaga Kerja

Tenaga kerja dapat dipenuhi dengan mudah dari daerah sekitar lokasi pabrik maupun luar lokasi pabrik sesuai dengan kebutuhan dan kriteria perusahaan. Saat ini banyak tenaga kerja terampil dan terdidik yang membutuhkan lapangan pekerjaan. Hal ini juga dapat mengurangi jumlah pengangguran yang ada.

e. Transportasi dan Telekomunikasi

Sarana transportasi dan telekomunikasi sangat penting untuk proses penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Transportasi bahan baku menuju Cilegon cukup mudah karena adanya fasilitas jalan tol selain itu juga cukup dekat dengan pelabuhan sehingga arus transportasi juga lancar. Letak Cilegon dengan kawasan industri Merak dan Tangerang juga memudahkan dalam pemasaran produk.

2. Faktor Sekunder

a. Buangan Pabrik

Buangan limbah cair yang mengandung larutan kimia diolah terlebih dahulu di Water Waste Treatment sebelum dialirkan ke sungai.

Saat ini pemerintah sedang giat-giatnya meningkatkan iklim investasi di Indonesia sehingga dengan pendirian pabrik ini akan membantu pemerintah dalam meningkatkan kondisi perindustrian di Indonesia. Oleh karena itu maka pendirian pabrik ini akan mendapat dukungan dari pemerintah baik pusat maupun daerah, sehingga fasilitas dan perijinan pendirian pabrik akan dipermudah.

c. Tanah dan Iklim

Di Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC) telah disediakan tanah yang relatif cukup luas sehingga memungkinkan adanya perluasan pabrik di masa yang akan datang. Data menyebutkan masih tersedia lahan sebesar 200 hektar yang telah dipersiapkan untuk pembangunan pabrik baru. Lahan ini disebutkan dapat dibeli ataupun disewa dengan masa sewa minimal 20 tahun. Kondisi iklim di Cilegon seperti iklim di Indonesia pada umumnya dan tidak membawa pengaruh yang besar terhadap jalannya proses produksi.

d. Keadaan Masyarakat

Masyarakat di daerah industri akan terbiasa untuk menerima kehadiran suatu pabrik di daerahnya, selain itu masyarakat juga akan dapat mengambil keuntungan dengan pendirian pabrik ini, antara lain dengan adanya lapangan kerja yang baru maupun membuka usaha kecil di sekitar lokasi pabrik

1.4.1 Macam-macam Proses

Ada beberapa kemungkinan jalannya proses pembuatan vinyl asetat antara lain:

a. Reaksi asam asetat dengan asetilen pada fase cair

Reaksi:

CH 3 CO 2 H + CH=CH

CH 3 CO 2 CH=CH 2 -117 kJ/mol Proses ini sudah lama tidak digunakan karena asetilen mahal sehingga cara ini dianggap kurang ekonomis. (Ullman’s, 1989).

b. Reaksi asam asetat dengan asetilen pada fase gas.

Reaksi:

CH 3 CO 2 H + CH =CH

CH 3 CO 2 CH=CH 2 -117 kJ/mol Reaksi terjadi dengan katalis zinc asetat pada activated charcoal pada suhu

160-210 0 C dan tekanan 40 KPa. Asetilen dipanaskan dan dicampur dengan uap asam asetat kemudian diumpankan ke dalam reaktor (reaktor pipa atau fixed bed). Hasil reaksi di quenching dan produk lain dipisahkan. Aliran keluar reaktor berupa vinyl asetat, asam asetat, asetilen, asetaldehid, crotonaldehid, aseton, metil asetat, ethylidene diacetat dan acetit anhidrit. Masing-masing komponen dipisahkan dengan menara distilasi.

Proses ini digunakan sampai tahun 1968, setelah itu jarang digunakan bahkan hanya sekitar 20 % kapasitas dunia yang diproduksi dengan proses ini. Hal ini dikarenakan mahalnya asetilen serta diperlukan biaya yang

c. Reaksi asam asetat dengan etilen dan oksigen pada fase cair

Pembentukan vinyl asetat dari etilen dan asam asetat dengan adanya palladium chloride dan alkali asetat dalam asam asetat glasia dengan reaksi:

C 2 H 4 + PdCl 2 + CH 3 CO 2 H CH 3 CO 2 CH=CH 2 + 2HCl + Pd Reaksi terjadi pada tekanan 3-4 MPa dan suhu 110-130 C. Proses ini sekarang sudah tidak digunakan. (Ullman’s, 1989).

d. Reaksi etilen dengan asam asetat dan oksigen pada fase gas

Reaksi utama adalah reaksi oksidasi antara etilen dan asam asetat yang menghasilkan vinyl asetat dan air, dengan persamaan reksi sebagai berikut:

C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O ...(1) Terjadi reaksi samping antara etilen dan oksigen menghasilkan carbon dioksida dan air dengan reaksi:

C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O ...(2) Reaksi pada fase gas tejadi pada 150-160 0 C dan tekanan 0,8-1,0 MPa, dengan katalis heterogen yang mengandung Palladium dengan lifetime 1-5 tahun. Tidak terbentuk asam asetat, produk samping berupa air, karbondioksida dan sedikit residu (etil asetat, ethylidene, diacetat dan glikol asetat) (Dimian & Bildea, 2008). Residu dipisahkan dengan menggunakan distilasi. Dengan ini diperoleh kemurnian vinyl asetat yang tinggi.

sekitar 80% kapasitas dunia diproses dangan cara ini. Karena bahan baku etilen lebih murah sehingga proses ini dinilai lebih ekonomis.

1.4.2 Alasan Pemilihan Proses

Dalam proses pembuatan vinyl acetate monomer dipilih proses dengan reaksi antara ethylene, acetic acid dan oxygen pada fase gas. Proses ini dipilih dengan alasan :

1. Tekanan operasi tidak terlalu tinggi antara 0,8 – 1,0 Mpa dan suhu operasi mulai 150 – 160 o C

2. Kemurnian produk yang dihasilkan cukup tinggi, mencapai 99,9 %.

3. Produk samping berupa air dan CO 2

Perbandingan proses-proses pembuatan vinyl acetate monomer yang mencakup kelemahan dan kelebihan dapat dilihat pada Tabel 1.5

Tabel 1.3 Kelebihan dan kekurangan pemilihan proses pembuatan vinyl acetate monomer

No.

Macam Proses

Kelebihan

Kekurangan

1. Reaksi Asam asetat dengan asetilen pada fase cair

reaksi berlangsung pada fase cair

1. Proses lama yang sudah tidak digunakan lagi

2. Harga bahan baku

2. Reaksi Asam asetat dengan Asetilen pada

fase gas

Katalis yang digunakan mudah didapat dan murah

1. Harga Asetilen mahal

2. Biaya memurnikan produk mahal

3. Hasil samping terlalu banyak

3. Reaksi Asam asetat dengan

Oksigen dan Etilen fase

cair

Suhu operasi rendah antara

110-130 C

1. Kemurnian Produk kurang tinggi

2. Proses sudah tidak digunakan lagi

3. Tekanan operasi sangat tinggi 3-4 Mpa

4. Reaksi Asam asetat dengan

Oksigen dan Etilen fase

gas*

1. Tekanan tidak terlalu tinggi 0,8-1,0 Mpa, Suhu antara 150 – 160 Celcius

2. Produk samping berupa air dan CO2

3. Diperoleh Kemurnian VAM yang tinggi

Reaksi memerlukan katalis palladium dengan harga yang cukup mahal Konversi VAM 10%

1.4.3 Kegunaan Vinyl Asetat

Vinyl asetat merupakan monomer yang sangat penting, kegunaan ini antara lain:

a. Merupakan produk antara untuk pembuatan polyvinyl asetat dan kopolimer vinyl asetat serta polyvinyl alcohol.

b. Merupakan bahan pendukung dalam pembuatan cat, adhesive, dan industri

(Othmer, 1992)

1.4.4 Sifat Fisik dan Kimia

a. Bahan Baku

Etilen Sifat Fisik - Rumus molekul

: CH 2 =CH 2

- Berat molekul

: 28,05 gr/mol

- Titik Didih

: -103,9 0 C

- Titik kritis

: 169 0 C

- Mudah terbakar - Bentuk gas yang tidak berwarna

(Chandra Asri PC) Sifat Kimia Reaksi-reaksi etilen - Polimerisasi

Etilen murni (>99,9%) bereaksi pada kondisi dan tekanan tertentu dengan bantuan katalis membentuk polyetilen.

CH 2 =CH 2 + 0,5O 2 -(-CH 2 -CH 2 -)-n Reaksi eksotermik - Oksidasi

Oksidasi etilen membentuk etilen oxide dengan reaksi: CH 2 =CH 2 + 0,5O 2 CH2 - CH2 Oksidasi etilen membentuk etilen oxide dengan reaksi: CH 2 =CH 2 + 0,5O 2 CH2 - CH2

pada suhu 175-200 0 C dan tekanan 0,4-1,0 MPa. Reaksi:

CH 2 =CH 2 + CH 2 CO 2 H + 1/2 O 2 CH 3 CO 2 CH=CH 2 + H 2 O - Halogenasi Halogenasi etilen membentuk etilen dichloride, etilen dibromide ethyl chloride dan sebagainya. Pembentuk etilen dichloride, dengan reaksi:

CH 2 =CH 2 + HCl

ClCH 2 - CH 2 Cl + H 2 O……….( 1 )

CH 2 =CH 2 +O 2 + 4 HCl

2ClCH 2 - CH 2 Cl + H 2 O……...( 2 )

Untuk pembentukan ethyl chloride sebagai berikut :

ClCH 2 – CH 2 Cl + HCl

CH 3 CH 2 Cl

Reaksi tersebut terjadi pada fase cair ( T = 30-90 0 C ) dan pada fase gas ( T = 130 – 250 0 C ) dengan tekanan 300 – 500 KPa dan katalis

AlCl 3 atau FeCl 3

- Alkilasi Reaksi antara etilen dan benzene menghasilkan ethyl benzene dengan

katalis AlCl 3 , BF 3 atau FeCl 3

- Hidrasi

Hidrasi etilen menghasilkan etanol

H 3 PO 4 -SiO 2 . ( Othmer, 1992 ) Asam Asetat Sifat fisik - Rumus molekul

: CH3COOH

- Berat molekul

: 60,05 gr/mol

- Titik didih

: 111,1 0 C

- Titik leleh

: 16, 7 0 C

- Berupa cairan tidak berwarna dengan bau yang sangat menyengat - Mudah larut dalam air maupun pelarut organic lain

( Celanese China ) Sifat kimia Reaksi pada asam asetat: - Esterifikasi

Hampir 93 % asam asetat digunakan untuk memproduksi ester asetat, reaksi esterifikasi atau olefin, baik dengan asam asetat dalam bentuk cair maupun gas. Dengan reaksi:

ROH + CH 3 COOH

R-CH 2 COOH + H 2 O - Dehidrasi Reaksi dehidrasi sangat penting untuk sintesa selulosa asetat dengan rayon Reaksi :

CH 3 COOH

CH 2 = CO + CO CH 2 = CO + CO

CH 3 COOH + Cl 2 ClCH 2 – COOH + HCl ClCH 2 – COOH + Cl 2 Cl 2 CH – COOH + HCl - Adisi Asam asetat ditambahkan dengan asetilen membentuk vinyl asetat Reaksi :

CH 3 COOH + CH=CH

CH 3 COOCH=CH 2 ( Othmer, 1992)

Oksigen Sifat fisik - Rumus molekul

- Berat molekul

: 32,0 gr/mol

- Titik didih

: -183,0 0 C

( Air Liquide ) Sifat kimia Bereaksi hampir dengan semua zat, apabila reaksi melibatkan panas disebut reaksi pembakaran. Merupakan penyusun udara bersama nitrogen.

b. Produk

Vinyl asetat Sifat fisik - Rumus molekul

- Berat molekul

: 86,09 gr/mol

- Titik didih

: 72,3 0 C

- Titik leleh

: < -60 0 C

- Berupa cairan tidak berwarna dengan bau yang khas

( Perry, 1999 ) Sifat kimia Reaksi pada vinyl asetat : - Polimerisasi

Merupakan reaksi terpenting pada vinyl asetat sebagai monomer, salah satunya adalah pembentukan polyvinyl asetat. Reaksi :

nCH 3 CO 2 CH=CH 2 -(-CH 2 – CH -) – n O – C – CH 3 O - Hidrolisa Vinyl asetat terhidrolisa dengan katalis asam atau basa membentuk vinyl alcohol tidak stabil, kemudian membentuk asetaldehid.

CH 2 OH

CH 3 OH

- Halogenasi Penambahan chloride dan bromidepada vinyl asetat akan membentuk 1,2 dikloro etil asetat yang dapat didistilasi tanpa terdekomposisi dalam kondisi vakum.

- Hidrogenasi Asam asetat dan ethylidene diasetat akan terbentuk jika hydrogen ditambahkan pada vinyl asetat pada suhu 82 0 C dengan adanya 10 % platinum, sedangkan pada 53 0 C dengan 5 % platinum akan

menghasilkan etil asetat - Hidroalkilasi katalitik Hydrogen peroksida akan bereaksi dengan vinyl asetat pada 0 0C, dengan menggunakan katalis ossanium tetra oksida menghasilkan glikoaldehid dengan yield 50%. Reaksi:

CH 2 =CHOOCH 3 + H 2 O 2 CH 2 – CH = COOCH 3

OH

OH Karbon dioksida Sifat fisik - Rumus molekul

: CO 2

- Berat molekul

: 44,01 gr/mol

- Titik didih

: -56,6 0 C

Sifat kimia Stabil pada suhu normal, di dalam air akan membentuk asam karbonat

(H 2 CO 3 ). Bereaksi membentuk carbon monoksida ( CO ) pada suhu

diatas 1700 0 C 2CO 2 2CO + C 2

Karbon dioksida bereaksi dengan ammonia pada stage pertama pada proses produksi urea menghasilkan ammonium karbonat

CO 2 + 2NH 3 NH 2 COONH 4

( Othmer, 1992 )

1.4.5 Tinjauan Proses Secara Umum

Vinyl asetat dapat dihasilkan dari reaksi oksidasi antara etilen, asam asetat dan oksigen dengan katalis palladium. Etilena direaksikan secara eksotermik dengan asam asetat dan oksigen dalam reaktor fixed bed multitube berkatalis, menghasilkan vinyl asetat dan air. Reaksi terjadi pada

fase gas berlangsung pada 150-160 0 C dan tekanan 0,8-1,0 MPa, dengan katalis heterogen yang mengandung Palladium dengan lifetime 1-5 tahun. Tidak terbentuk asam asetat, produk samping berupa air, karbondioksida dan sedikit residu (etil asetat, ethylidene, diacetat dan glikol asetat). Residu dipisahkan dengan menggunakan distilasi. Dengan ini diperoleh kemurnian vinyl asetat yang tinggi.

BAB II DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.1.1. Spesifikasi bahan baku

a. Ethylene o Bentuk

: gas

o Berat molekul

: 28,05 g/mol

o Titik didih

: -103,9

o Titik kritis

o Kemurnian

o Impuritas

: Etana ( 80 ppm )

o Kelarutan

: tidak larut dalam air

b. Asam asetat o Bentuk

: cairan tidak berwarna

o Berat molekul

: 60,05 g/mol

o Titik didih

o Titik leleh

o Kemurnian

o Impuritas

:H 2 O ( 0,15 % )

o Kelarutan

: terlarut sempurna dalam air

c. Oksigen c. Oksigen

: -183

o Kemurnian

o Impuritas

o Kelarutan

: terlarut sempurna dalam air

2.1.2. Spesifikasi produk

Vinil asetat monomer

o Bentuk

: cairan

o Berat molekul

: 86,09 g/mol

o Titik didih

o Titik leleh

: < -60

o Kemurnian

o Impuritas

:H 2 O ( 0,1% )

o Kelarutan

: terlarut dalam asam asetat, dan

sangat sedikit larut dalam air ( maks. 1%wt )

2.2. Konsep Proses

2.2.1. Dasar Reaksi

Reaksi utama adalah reaksi oksidasi antara etilena dan asam asetat yang menghasilkan vinyl asetat dan air, dengan persamaan reaksi sebagai berikut:

C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O ...(1) Terjadi reaksi samping antara etilena dan oksigen menghasilkan karbondioksida dan air dengan reaksi:

Reaksi tersebut berjalan dengan mekanisme sebagai berikut.

2CH 3 COOH + ½ O 2 + Pd

-(CH 3 COOH) 2 + H 2 O

Pd-(CH 3 COOH) 2 + CH 3 COO -

-(OCOCH 3 ) 3 -

…..(4) Pd-(OCOCH 3 ) 3 - +C 2 H 4 2 H 3 OOCH=CH 2 + CH 3 COOH +CH 3 COO - + Pd..(5) (Dimian,2008) Reaksi samping : CH 3 COOH + Pd

Pd-OCOCH 3 - + H + …..(6) Pd-OCOCH 3 - + 3O 2 + C 2 H 4 -CO 2 ed + CH 3 COO - + 2H 2 O …..(7) 2Pd-CO 2 ed

2.2.3. Kondisi Operasi

a. Temperatur

Penentuan suhu operasi harus mempertimbangkan fase reaksi dan batasan reaksi serta tinjauan secara termodinamika.Suhu operasi harus berada di bawah

200 o

C karena pada suhu ini,katalis akan mengalami kerusakan. Selain itu, katalis Palladium baru teraktivasi pada suhu di atas 140 o

C (Contreras,2008). Oleh karena itu, suhu operasi ditentukan pada 150 o

C. Hal ini didasarkan pada suhu tersebut,

reaktan berfase gas dan pada suhu tersebut didapatkan kecepatan reaksi yang optimum (Han et al,2005). Selain itu, katalis Palladium sudah teraktivasi dan dapat bekerja dengan maksimal.

Tekanan yang umum digunakan adalah antara 5 atm sampai 12 atm. Tekanan operasi yang direkomendasi yaitu antara 8 atm sampai 10 atm, karena tekanan yang lebih tinggi memberikan produktivitas lebih tetapi berakibat buruk terhadap selektivitas adsorpsi etilena ke permukaan aktif katalis yang mengakibatkan terjadinya reaksi pembakaran yang tak diinginkan (Dimian,2008). Oleh karena itu, diambil tekanan operasi sebesar 10 atm.

c. Perbandingan mol umpan

Mol umpan yang dimasukkan ke reaktor terdiri dari umpan segar dan recycle . Etilena yang diumpankan lebih banyak dari asam asetat. Umpan dirancang dengan rincian 50% etilena, 16,67% asam asetat, 6% oksigen, 0,01% vinil asetat, 2% air dan 25,32% karbondioksida (%mol). Rasio mol reaktan harus menjamin excess etilen terhadap asam asetat dengan perbandingan 2 : 1 sampai 3 :

1. Konsentrasi oksigen dijaga di bawah 8% mol untuk menghindari terjadinya resiko ledakan (Dimian,2008).

d. Pemakaian katalis

Dalam reaksi heterogen gas-padat, meskipun katalis tidak berubah pada akhir reaksi, tetapi katalis tetap ikut aktif di dalam reaksi. Katalis dapat memperbesar kecepatan reaksi karena dimungkinkan terjadinya mekanisme alternatif di mana energi aktivasi tiap langkah reaksi akan lebih rendah dibandingkan tanpa katalis. Konversi kesetimbangan tidak dipengaruhi katalis, tetapi selektivitasnya dapat ditingkatkan dengan adanya katalis. Permukaan yang luas lebih baik Karena laju reaksi setara dengan luas permukaan yang ditempati, Dalam reaksi heterogen gas-padat, meskipun katalis tidak berubah pada akhir reaksi, tetapi katalis tetap ikut aktif di dalam reaksi. Katalis dapat memperbesar kecepatan reaksi karena dimungkinkan terjadinya mekanisme alternatif di mana energi aktivasi tiap langkah reaksi akan lebih rendah dibandingkan tanpa katalis. Konversi kesetimbangan tidak dipengaruhi katalis, tetapi selektivitasnya dapat ditingkatkan dengan adanya katalis. Permukaan yang luas lebih baik Karena laju reaksi setara dengan luas permukaan yang ditempati,

Pada reaksi pembuatan vinyl asetat dari etilena dan asam asetat digunakan katalis Palladium yang merupakan katalis padat dengan diameter 5 mm. Katalis ditempatkan di dalam reaktor fixed bed di dalam sisi tubenya. Umur dari katalis Palladium adalah 3 tahun lebih (Rase,2000).

2.2.4. Tinjauan Termodinamika

Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi (eksotermis/endotermis) dan arah reaksi (reversible /irreversible). Untuk menentukan reaksi eksotermis/endotermis panas reaksi dapat dihitung dengan perhitungan panas pembentukan standar ( Hf o ) pada P=1 atm dan T=25 o C.

Tabel 2.1 Harga H f o dan G f o masing-masing komponen

Komponen

H f o , kJ/mol

G f o , kJ/mol

Ethylene 52,3

Acetic acid

-228,6 Vinyl acetate monomer

-243 ( Sumber : Yaws, 1999 )

Perhitungannya adalah sebagai berikut : Reaksi 1 :

C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O

= (-315,7 – 241,8) – (52,3 – 434,84) = -174,96 kJ/mol

Karena H R o reaksi 1 bernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis.

Perubahan energi Gibbs dapat dihitung dengan persamaan :

G 298 = -RT ln K

( Smith Van Ness,1987 ) Dimana :

G 298 = Energi bebas Gibbs standar suatu reaksi pada 298 K ( kJ/mol ) R

= konstanta gas ( R = 8,314. kJ/kmol.K )

= temperatur ( K )

= konstanta kesetimbangan

G o (298 K) =

produk -

reaktan

= ( Gf o VAM + Gf o H2O ) – Gf o C2H4 Gf o AcOH )

= -228,97 – 228,6 – (68,12 – 376,69) = -149 kJ/mol

G o (298 K)

= - R.T. ln K 298 K

ln K

ln

KK

ln K

ln K

Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi berlangsung searah ke arah kanan (irreversible).

f o C2H4 )

= ((2.-393,5) +(2.-241,8) – (52,3 ) = -1322,9 kJ/mol

Karena H R o reaksi 2 bernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis.

G o (298 K) =

produk -

reaktan

= ( 2. Gf o CO2 + 2. Gf o H2O ) – Gf o C2H4 )

= ((2. -243)+(2. - 228,6 ) – 68,12 = -1011,32 kJ/mol

G o (298 K)

= - R.T. ln K 298 K

ln K

ln

KK

ln K

ln K

ln K

= 565,98

K 423 K

= e 565,98 Karena harga konstanta kesetimbangan sangat besar, maka reaksi berlangsung searah ke arah kanan (irreversible).

2.2.5. Tinjauan Kinetika

Reaksi pembentukan vinyl asetat dari asam asetat dan etilena dengan katalis Palladium merupakan reaksi heterogen dalam fase gas (pereaktan) dan fase padat (katalis). Persamaan kecepatan reaksi pembentukan vinyl asetat dapat dirumuskan sebagai berikut :

Di mana P Et merupakan tekanan parsial dari etilen dan P Ox adalah tekanan parsial dari oksigen dan nilai k dapat didefinisi dengan :

= . exp(

Nilai dari energi aktivasi E 1 , A 1 , dan E 1 dapat dilihat pada Tabel 2-2.

Pada reaksi samping (2), kecepatan reaksinya hampir sama, yaitu :

= . . = . exp(

Nilai dari energi aktivasi E 2 ,A 2 , dan E 2 dapat dilihat pada Tabel 2-2. Tabel 2- 2 Nilai konstanta kinetika Reaksi

A( molVA/liter-cat/s )

E( kJ/mol ) Utama (1)

0,36

0,20

9,7.10 -3 15 Samping (2)

-0,29

0,85

5,13.10 -4 21 (Dimian, 2008)

2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses

2.3.1. Diagram Alir Proses

Diagram alir Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer yaitu :

a. Diagram Alir Kualitatif

( Gambar 2.1 )

b. Diagram Alir Kuantitatif ( Gambar 2.2 )

c. Diagram Alir Proses ( Gambar 2.3 )

Reaksi pembentukan vinyl asetat dapat dilakukan pada fase cair dan fase gas. Namun, reaksi fasa gas lebih baik dari pada fase cair karena menghasilkan produk dengan kemurnian yang lebih baik dan tidak banyak masalah korosi pada proses (Dimian,2008).

Pada proses pembuatan vinyl asetat, umpan berupa etilena, oksigen, dan asam asetat (99,85%wt) yang masing-masing disimpan di dalam tangki TT-01, TT-02 dan TT-03. Asam asetat fresh dicampur dengan asam asetat recycle kemudian diumpankan ke vaporizer (VP-01) untuk mengubah fase menjadi fase gas. Setelah itu, ketiga bahan baku dicampur dengan arus recycle gas. Pada pencampuran gas ini, konsentrasi oksigen dikontrol dengan mengatur aliran oksigen masuk. Hal ini dilakukan agar konsentrasi oksigen yang masuk ke dalam reaktor tidak melebihi 8% mol campuran untuk menghindari resiko ledakan. Rasio mol reaktan harus menjamin excess etilena terhadap asam asetat dengan perbandingan 2 : 1 sampai 3 : 1. Setelah itu, campuran gas etilena, asam asetat,

dan oksigen dipanaskan dengan heater (E-102) sampai suhu 150 o

C. Hal ini

dilakukan untuk menyesuaikan dengan kondisi operasi reaktor (R-01). Reaktor yang digunakan adalah reaktor fixed bed multitube, dengan menggunakan katalis

Palladium. Reaktor ini beroperasi pada tekanan 10 atm dan 150 o

C, dengan

konversi per pass etilen sebesar 10% . Reaksi yang terjadi dalam reaktor :

C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O

C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O

Produk keluaran reaktor dialirkan dan didinginkan dengan heat exchanger (E-201) hingga temperatur 127 o

C. Setelah didinginkan, produk terdiri atas 2 fase,

yaitu fase gas (etilena, oksigen, karbondioksida) dan fase cair (vinyl asetat, asam asetat dan air). Campuran produk ini kemudian dialirkan ke separator (FG-01) untuk memisahkan fase gas dan fase cair. Produk atas dari FG-01 ini adalah etilena, oksigen, karbondioksida dan sedikit vinyl asetat, sedangkan produk bawahnya merupakan campuran vinyl asetat, asam asetat, dan air.

Produk atas yang merupakan campuran gas etilena, oksigen, karbondioksida dan sedikit vinyl asetat dimasukkan absorber (T-101) untuk mengambil vinyl asetat yang masih terikut dalam fasa gas. Selanjutnya, campuran gas ini dimasukkan ke absorber (T-102) untuk mengambil sebagian jumlah gas karbondioksida agar tidak terjadi akumulasi di reaktor dan kemudian gas di- recycle kembali.

Produk bawah Separator (FG-01) dicampur dengan arus hasil absorber T- 101 yang kemudian dialirkan ke menara destilasi (T-201). Produk atas merupakan vinyl asetat, air dan sedikit asam asetat, sedangkan produk bawah merupakan asam asetat dengan sedikit campuran air. Asam asetat yang diperoleh sebagai produk bawah, direcycle kembali dan dicampurkan dengan asam asetat fresh. Produk atas kolom destilasi didinginkan dengan condensor (E-202). Kemudian dialirkan ke dalam menara distilasi (T-203) untuk memurnikan vinyl asetat.

bawah menara distilasi 2 (T-203) merupakan campuran air dan sedikit asam asetat yang kemudian akan diolah di unit pengolahan limbah.

2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas Produk

: Vinil asetat monomer 99,9% berat Kapasitas

: 100.000 ton/tahun

Satu tahun produksi

: 330 hari

Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam

2.4.1 Neraca Massa

Basis perhitungan

: 1 jam operasi

Satuan

: kg/jam

a. Neraca massa di Tee-01 Tabel 2.3 Neraca Massa di Tee-01

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

CH 3 COOH

Total

Tabel 2.4 Neraca Massa di Tee-02

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

CH 3 COOH

c. Neraca massa di Tee-03 Tabel 2.5 Neraca Massa di Tee-03

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 2 H 4 41676,74

CH 3 COOH

O 2 2240,44

VAM

CO 2 36810,24

Total

Tabel 2.6 Neraca Massa di Reaktor

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

Arus 8

Arus 9

C 2 H 4 46307,49

CH 3 COOH

e. Neraca massa di Separator (FG-01) Tabel 2.7

Neraca Massa di Separator

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 2 H 4 41676,74

CH 3 COOH

O 2 2245,91

VAM

CO 2 38409,21

Total

Tabel 2.8

Neraca Massa di Absorber 1

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 2 H 4 41676,74

CH 3 COOH

g. Neraca massa di Absorber 2 (T-102) Tabel 2.9

Neraca Massa Absorber-02

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

Arus 19 Arus 22

C 2 H 4 41676,74

CH 3 COOH

O 2 2245,91

VAM

CO 2 38409,21

MEA

Total

Tabel 2.10

Neraca Massa di Regenerator MEA

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

Neraca massa di Menara Distilasi 1 (T-201) Tabel 2.11

Neraca Massa di Menara Destilasi

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

CH 3 COOH

Neraca massa di Menara Distilasi 2 (T-203) Tabel 2.12 Neraca Massa di menara distilasi 2

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

CH 3 COOH

VAM

Neraca massa overall Tabel 2.13 Neraca Massa Total

komponen

INPUT ( kg/jam )

OUTPUT ( kg/jam )

Arus 24 Arus 25

C 2 H 4 4630,75

0,00 0,00 CH 3 COOH

2.4.2. Neraca Panas

Basis perhitungan

: 1 jam operasi

Satuan

: kJ/jam

a. Neraca Panas di reaktor (R-01) Tabel 2.14 Neraca panas Reaktor

Komponen

Qinput ( kJ/jam )

Qoutput ( kJ/jam )

Q umpan

Q produk

Q pengendali

Q reaksi

TOTAL

Tabel 2.15 Neraca Panas separator

Komponen

Q input ( kJ/jam )

Q output ( kJ/jam )

Q umpan

Q produk atas

Q produk bawah

c. Neraca Panas di absorber 1(T-101) Tabel 2.16 Neraca Panas di Absorber 1

Komponen

Q input ( kJ/jam )

Q output ( kJ/jam )

Q umpan gas

Q umpancair

Q Pelarutan

Q produk gas

Q produk cair

Q laten terserap

d. Neraca Panas di absorber 2(T-102) Tabel 2.17 Neraca Panas di Absorber 2

Komponen

Q input ( kJ/jam )

Q output ( kJ/jam )

Q umpan gas

Q umpancair

Q produk gas

Q produk cair

TOTAL

Tabel 2.18 Neraca Panas Menara Distilasi 1

Komponen

Q input ( kJ/jam )

Q output ( kJ/jam)

Q umpan

Q condensor

Q reboiler

f. Neraca Panas di regenerator MEA (T-202) Tabel 2.19 Neraca Panas Regenerator

Komponen

Q input ( kJ/jam )

Q output ( kJ/jam)

Q umpan

Q condensor

Q reboiler

g. Neraca Panas di meanara distilasi 2 (T-203) Tabel 2.20 Neraca Panas Menara Distilasi 2

Komponen

Q input ( kJ/jam )

Q output ( kJ/jam)

Q umpan

Q fase berat

Q fase ringan

TOTAL

Tabel 2.21 Neraca Panas Vaporizer

Komponen

Q input ( kJ/jam )

Q output ( kJ/jam)

Q umpan

Q pemanas

Q uap keluar

Q cair keluar

Q penguapan

2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses

2.5.1. Lay Out Pabrik

Lay out pabrik merupakan suatu pengaturan atau penyusunan peralatan proses dan fasilitas pabrik lainnya, sedemikian rupa sehingga pabrik dapat berfungsi dengan efektif, efisien, dan aman. Tata letak pabrik yang baik bertujuan agar :

o Mempermudah arus masuk dan keluar area pabrik. o Proses pengolahan bahan baku menjadi produk lebih efisien. o Mempermudah penanggulangan bahaya yang mungkin terjadi seperti

kebakaran, ledakan dll. o Mencegah terjadinya polusi.

o Memudahkan pemasangan, pemeliharaan, dan perbaikan. o Menekan biaya produksi serendah mungkin dengan hasil yang

maksimum.

dipertimbangkan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :

o Pabrik Vinyl Acetate Monomer ini merupakan pabrik baru sehingga dalam tata letak pabrik tidak dibatasi oleh bangunan yang ada.

o Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di

masa mendatang. o Faktor keamanan, terutama bahaya kebakaran sangat penting maka

dalam merencanakan lay out selalu diusahakan untuk memisahkan sumber api dan panas dari sumber bahan baku yang mudah meledak. Unit – unit yang ada dikelompokkan agar memudahkan pengalokasian bahaya kebakaran yang mungkin terjadi.

o Sistem konstruksi yang direncanakan adalah out door untuk menekan biaya bangunan gedung, sedangkan jalannya proses dalam pabrik tidak dipengaruhi oleh perubahan musim.

o Fasilitas untuk karyawan seperti masjid, kantin, parkir, dan sebagainya diletakkan strategis sehingga tidak mengganggu jalannya proses.

o Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian

pengaturan ruangan/lahan.

Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu (Vilbrandt, 1959) :

1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran 1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran

2. Daerah proses Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.

3. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk Merupakan daerah untuk tempat bahan baku dan produk.

4. Daerah gudang, bengkel dan garasi Merupakan daerah yang digunakan untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.

5. Daerah utilitas Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan.

Gambar 2-4 Lay out pabrik vinil asetat monomer

2.5.2. Layout Peralatan Proses

Lay out peralatan proses adalah tempat dimana alat-alat yang digunakan dalam proses produksi. Tata letak peralatan proses pada prarancangan pabrik ini dapat dilihat pada Gambar 2.4. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pada pabrik Vinyl Acetate Monomer , antara lain (Vilbrandt, 1959) :

Aliran udara di dalam dan di sekitar peralatan proses perlu diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja.

2. Cahaya Penerangan sebuah pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat

prose yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan.

3. Lalu lintas manusia Dalam perancangan lay out peralatan perlu diperhatikan agar pekerja

dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalankan tugasnya juga diprioritaskan.

4. Pertimbangan ekonomi Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya

operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik.

5. Jarak antar alat proses Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi

sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan.

Gambar 2.5 Layout peralatan proses

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

3.1. Reaktor

Tabel 3.1 Spesifikasi Reaktor Kode

R-01

Fungsi Mereaksikan Etilen, asam asetat dan oksigen, menghasilkan produk utama Vinyl acetate serta karbondioksida dan air sebagai produk samping.

Tipe

Fixed Bed Multitube

Jumlah

1 buah

Kondisi operasi - Tekanan - Suhu umpan - Suhu produk - Pengendali panas (air)

10 atm 150 o C 162 o C T = 142,5 o C P = 387,69 kPa m = 22146,4 kg/jam

Spesifikasi tube - Jumlah

- Panjang - IDT - ODT - Susunan - Jumlah pass - Material

1476 4,76 m 1,33 in

1,5 in

Triangular dengan pitch 1 7 / 8 in

1 Cast steel

Spesifikasi shell - IDs

2,058 m

- Jumlah pass - Material

1 Stainless Steel SA 167 grade 3

Bentuk head

Torisperical dished head

Tebal head

1,25 in

Tinggi head

0,4006 m

Tinggi total reaktor

5,5612 m

Waktu tinggal

1,73 detik

Pipa reaktan IPS OD

ID SN

( masuk dan keluar sama )

26 in

26 in 25,25 in

Pipa air (sebagai pengendali panas)

Masuk IPS = 2,5 in OD = 2,88 in ID = 2,323 in SN = 80

Keluar IPS = 22 in OD = 22 in ID = 21,25 in SN = 20

3.2. Separator

Tabel 3.2 Spesifikasi Separator Kode

FG-01

FG-02 Fungsi

Memisahkan fase uap dan cair dari condenser parsial

Memisahkan fase uap dan cair dari vaporizer

Tipe

Vertical drum

Vertical drum Jumlah

1 buah

1 buah Material

Carbon Steel SA 285 grade

Carbon Steel SA 285 grade C