LAPORAN TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK AKROLEIN DENGAN PROSES OKSIDASI PROPILENE KAPASITAS 3000 TONTAHUN
PRARANCANGAN PABRIK AKROLEIN DENGAN PROSES OKSIDASI PROPILENE KAPASITAS 3000 TON/TAHUN
Oleh:
Ade Dian Pratama
I 1504001
Ziko Aryana
I 1505004
PROGRAM STUDI S1 NON REGULER TEKNIK KIMIA
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah memberikan rahmat- Nya sehingga Laporan Tugas Akhir dengan judul Prarancangan Pabrik Akrolein
Dengan Oksidasi Propilen Kapasitas 3000 Ton/Tahun dapat diselesaikan dengan baik.
Tugas Akhir merupakan salah satu tugas yang harus ditempuh sebagai persyaratan menyelesaikan Program Studi S1 Non Reguler Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.
Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Sunu Herwi Pranolo dan bapak Wusana Agung Wibawa, ST, MT. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir
2. Ibu Dwi Ardiana S, ST, MT dan ibu Ir. Endah RD, MT selaku dosen penguji Tugas Akhir
3. Bapak, Ibu, dan keluarga tercinta yang selalu memberi semangat untuk selalu terus maju, selalu berkarya, pantang menyerah, dan berdoa.
4. Seluruh warga Teknik Kimia UNS dan teman-teman khususnya angkatan 2004 dan 2005, Ajusta Brata, teman PK di Petrokimia Gresik, Forum Kudus Surakarta, dan lain-lain yang tidak bisa kami sebutkan yang kami sayangi dan kami banggakan.
Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih kurang sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak sangat kami harapkan. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penyusun maupun bagi pembaca.
Surakarta, Februari 2012
Halaman
Gambar I-1 Perkembangan impor akrolein di Indonesia tahun 1998 – 2006 ........... 2 Gambar I-2 Lokasi pabrik ............................................................................................. 6 Gambar II-1 Diagram Alir Kuantitatif ........................................................................ 32 Gambar II-2 Diagram Alir Kualitatif .......................................................................... 33 Gambar II-3 Diagram Alir Proses ............................................................................... 33 Gambar II-4 Tata Letak Pabrik Akrolein .................................................................. 376 Gambar II-5 Tata Letak Peralatan Proses ................................................................... 37 Gambar IV-1 Skema Unit Pengolahan Air KTI ........................................................... 52 Gambar IV-2 Skema Pengolahan Air Limbah ............................................................. 55 Gambar V-1 Struktur Organisasi Pabrik Akrolein ..................................................... 65 Gambar VI-2 Grafik analisa kelayakan pabrik ............................................................. 77
Singkatan Nama Halaman
AC Akper BOD BPS BTU BWG cm
ID in kg kmol kJ kPa
Air Conditioning Akademi perawat Biologyc Oxygen Demand Badan Pusat Statistik British Termal Unit Birmingham Wire Gage Centimeter Centimeter kubik Chemicals Oxygen Demand Diploma tiga Feed Feed persegi Gallon per minutes Gram Horse power Hour Inner Diameter Inchi Kilogram Kilomol Kilo Joule Kilo Pascal
50
64
56
53
46
50
11
56
64
42
42
45
14
45
19
42
40 xi
19
19
19
m mm MPa NPSH No OD PLN P Psi ppm Rp SLTA SN S-1 Tbk UPL
LAMBANG KQTR US$ x
Meter Milimeter Mega Pascal Net Pressure Static Head Nomor Outer Diameter Perusahaan Listrik Negara Pressure Pounds square inchi Part per million Rupiah Sekolah Lanjutan Tingkat Atas Schedule Number Srata satu Terbuka Unit Pengolahan Limbah
Konstanta kesetimbangan Kapasitas panas Suhu Konstanta gas ideal Dollar of United States Fraksi mol
70 xi
Ade Dian Pratama, Ziko Aryana, 2011, Prarancangan Pabrik Akrolein Proses Oksidasi Propilen Kapasitas 3.000 ton/tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Akrolein dibuat dengan cara mengoksidasikan propilen pada suhu 310 o
C dan
tekanan 0,2 MPa di dalam Fixed Bed Multitube Reactor non-adiabatis, non-isotermal dengan katalis senyawa kompleks metal oksida. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis, sehingga untuk mempertahankan suhu reaktor digunakan pendingin yang mengalir pada shell reaktor. Pendingin yang digunakan adalah downterm G yang dapat mendinginkan pada kisaran -5 o
C – 375 o
C, untuk kemudian didinginkan
dengan air. Akrolein kemudian diserap dengan air dalam Absorber dan dimurnikan dengan Menara Distilasi. Agar tidak terpolimerisasi, produk akrolein ditambah hidroquinon sebanyak 0,2% berat.
Pabrik Akrolein ini dirancang dengan kapasitas 3000 ton/tahun. Bahan baku yang dibutuhkan adalah propilen 99,95% mol sebanyak 1,42 kg/kg produk, udara sebanyak 8,13 kg/kg produk, dan steam sebanyak 1,90 kg/kg produk. Produk yang dihasilkan berupa akrolein 97% berat. Lokasi pabrik direncanakan di Cilegon, Banten. Pemilihan lokasi tersebut didasari pertimbangan penyediaan bahan baku, pemasaran, transportasi, tenaga kerja, dan ketersediaan sarana pendukung yang lain. Pabrik beroperasi selama 24 jam per hari dan 330 hari per tahun dengan asumsi waktu shut down satu bulan. Unit pendukung proses pabrik meliputi unit pengadaan air, pendingin reaktor, steam, udara tekan, tenaga listrik, dan bahan bakar. Kebutuhan utilitas meliputi air dari KTI sebagai pendingin, air proses, konsumsi dan sanitasi
sebanyak 6,99 m 3 /jam, listrik sebesar 462,85 kW dan kebutuhan bahan bakar (solar)
sebanyak 45,06 L/produk. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk serta bahan buangan pabrik.
Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas (PT), dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 90 orang. Pabrik direncanakan mulai dibangun tahun 2012 dan bisa beroperasi pada awal tahun 2013. Modal tetap pabrik sebesar Rp. 39.716.758.218 sedangkan modal kerjanya per kg produksi sebesar Rp. 77.125.970,94 dan biaya produksi total per kg produksi per tahun adalah sebesar Rp. 31.210,83 Evaluasi ekonomi menunjukkan bahwa: Keuntungan sebelum pajak Rp. 19.649.705.471 sesudah pajak Rp. 16.702.249.650. Percent Return on Investment (ROI) sebelum
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Akrolein telah diproduksi secara komersial sejak 1938. Pada tahun 1995 kapasitas produksi total akrolein di seluruh dunia kira-kira 113.000 ton/tahun.
Akrolein dengan konsentrasi kurang dari 500 ppm digunakan sebagai pelindung bahan bakar cair dan mikroorganisme. Bahan pembuatan asam amino metionin esensial. Reduksi akrolein dengan alil alkohol akan menghasilkan gliserol sintesis. Oksidasi ko-polimerisasi akrolein dan asam akrilat akan menghasilkan polimer dengan berat molekul yang rendah. Senyawa ini memiliki sifat pemisah dan pendispersi yang baik, banyak digunakan dalam industri keramik, kertas, dan elektroplating (Mc. Ketta,1976).
Saat ini, akrolein banyak diproduksi oleh negara-negara Amerika, Eropa, Jepang dan Cina (dapat dibaca pada Tabel I-1). Mengingat tidak adanya produsen akrolein di Indonesia, maka pendirian pabrik akrolein di Indonesia dinilai dapat mendatangkan keuntungan yang cukup besar. Kebutuhan akrolein di Indonesia dapat dilihat pada Gambar I-1. Pendirian pabrik akrolein di Indonesia lebih berorientasi untuk pemenuhan kebutuhan dalam negeri.
I.2. Kapasitas Rancangan
Dalam penentuan kapasitas rancangan perlu pertimbangan beberapa
faktor, yaitu perkembangan kebutuhan akrolein di Indonesia. Selama ini, Indonesia masih mengimpor akrolein untuk pemenuhan kebutuhan dalam negeri. Impor
Tahun Import (ton) Laju Peningkatan Import (%)
Gambar I-1 Perkembangan impor akrolein di Indonesia tahun 1998 – 2006 (www.bps.go.id, Senin 1 November, pukul 13.00 WIB, 2010)
Untuk kebutuhan akrolein dunia pada tahun 2006 sebesar 175.000 ton/tahun, sedangkan kapasitas produksi akrolein 150.000 ton/tahun. Sehingga masih diperlukan 25.000 ton/tahun (sumber : U.S. Environmental protection agency office of water office of science and technology health and ecological criteria Division Washington
D.C. 1 Juni 2009). Dari data diatas dengan pertimbangan untuk pemenuhan kebutuhan di dalam negeri dan export, maka pada tahun 2013 akan didirikan pabrik akrolein dengan kapasitas perancangan 3000 ton/tahun dan mengacu pada pabrik yang sudah ada di dunia.
I.3. Lokasi Pabrik
Negara
Perusahaan
Kapasitas (ton/tahun)
Sumber
Amerika Serikat
Union Carbide
36000
Kirk and Othmer, Perancis 1997 Atochem 30000 Jepang
Article: Degussa-Huls Expands , 2000
Cina
Shanghai-Laohekou- Jinghong-Chemical-Co-Ltd
3000
www. made in china.com 11/26/2010 4:01 PM
a. Penyediaan bahan baku Kriteria penilaian dititikberatkan pada kemudahan memperoleh bahan baku. Dalam hal ini, bahan baku utama (propilen) diperoleh dari PT. Chandra Asri Petrochemical Center, Cilegon, Banten yang berkapasitas produksi 240.000 ton/tahun. Dari kapasitas produksi tersebut, propilen hanya dipakai oleh PT Tri Polyta Indonesia Tbk sebesar 204.000 ton/tahun. Sehingga sisa produksi propilen PT Chandra Asri Petrochemical Center sebesar 36.000 ton/tahun. Kapasitas sebesar ini diharapkan mampu memenuhi kebutuhan bahan baku akrolein dalam negeri.
b. Pemasaran produk Faktor yang perlu diperhatikan adalah letak wilayah pabrik yang membutuhkan akrolein dan jumlah kebutuhannya. Daerah Cilegon merupakan daerah yang strategis untuk pendirian suatu pabrik karena dekat dengan Jakarta sebagai pusat perdagangan Indonesia
c. Sarana Transportasi Sarana dan prasarana transportasi sangat diperlukan untuk proses penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Dengan adanya fasilitas jalan raya, rel kereta api, dan pelabuhan laut yang memadai.
d. Tenaga kerja Tersedianya tenaga kerja yang terampil mutlak diperlukan untuk menjalankan mesin-mesin produksi. Dan tenaga kerja dapat direkrut dari daerah Cilegon, Jakarta, dan sekitarnya.
e. Penyediaan utilitas e. Penyediaan utilitas
2. Faktor Sekunder
a. Perluasan areal pabrik Cilegon memiliki kemungkinan untuk perluasan pabrik karena masih mempunyai areal yang cukup luas. Hal ini perlu diperhatikan karena dengan semakin meningkatnya permintaan produk akan menuntut adanya perluasan pabrik.
b. Karakteristik lokasi Karakteristik lokasi ini menyangkut iklim di daerah tersebut, kemungkinan terjadinya banjir, serta kondisi sosial masyarakatnya. Dalam hal ini, Cilegon sebagai kawasan industri adalah daerah yang telah ditetapkan menjadi daerah industri sehingga pemerintah memberikan kelonggaran hukum untuk mendirikan suatu pabrik di daerah tersebut.
c. Kebijaksanaan pemerintah Dalam hal ini, pendirian pabrik juga perlu memperhatikan beberapa faktor kepentingan yang terkait di dalamnya, kebijaksanaan pengembangan industri, dan hubungannya dengan pemerataan kesempatan kerja, kesejahteraan, dan hasil-hasil pembangunan. Disamping itu, pabrik yang didirikan juga harus berwawasan lingkungan, artinya keberadaan pabrik tersebut tidak boleh mengganggu atau merusak lingkungan sekitarnya.
d. Kemasyarakatan Dengan masyarakat yang akomodatif tehadap perkembangan industri dan tersedianya fasilitas umum untuk hidup bermasyarakat, maka lokasi di
Gambar I-2 Lokasi pabrik
I.4. Tinjauan Pustaka
Akrolein (2-propenal / C 3 H 4 O / CH 2 = CHCHO) adalah senyawa aldehid tidak
jenuh yang paling sederhana, sangat beracun, mudah terbakar, dapat menimbulkan air mata. Pada temperatur kamar, akrolein berfase cair dengan volatilitas dan sifat mudah
terbakar mirip dengan asetone, tetapi akrolein sedikit larut dalam air.
asetaldehid formalin
akrolein
air
Proses ini dikembangkan sejak tahun 1942, katalis yang digunakan pada proses kondensasi yaitu campuran alumina, litium fosfat atau silika, dan silika gel. Secara garis besar, tahapan proses kondensasi dapat dijelaskan sebagai berikut :
a. Formalin 30% dan asetaldehid berlebihan diuapkan dan dipanaskan sampai suhu 300 – 320 o
C, umpan ini kemudian dimasukkan ke dalam reaktor katalitik.
b. Hasil kondensasi keluar reaktor didinginkan dengan alat penukar panas kemudian dipisahkan dalam menara distilasi, adapun reaktan yang tidak bereaksi di-recycle masuk kembali ke dalam reaktor. Dari proses ini diperoleh yield 65% berdasar formaldehid dan 75% berdasar asetaldehid. Dengan fresh catalyst, konversi dari proses kondensasi mencapai 60%, namun
setelah 6 hari waktu operasi, konversinya akan menurun menjadi 40% akibat akumulasi karbon pada katalis dalam reaktor. Untuk mengatasi masalah ini, setiap hari pabrik harus shut down untuk meregenasi katalis. Regenerasi katalis dilakukan dengan membakar katalis dalam reaktor dengan udara dan steam. Udara dan steam disemburkan secara berlawanan dengan arus umpan. Pembakaran dilakuan pada suhu 400 o
C, di luar suhu tersebut akan terjadi pembakaran tidak sempurna. Hasil samping dari proses kondensasi adalah terbentuknya akrotonaldehid akibat reaksi kondensasi dimerasetaldehid berdasar persamaan reaksi :
2CH 3 -CH=O
CH 3 -CH=CH-CH=O + H 2 O (I.2)
Shell dapat dijelaskan sebagai berikut :
a. Propilen dan udara dipanaskan dalam heater atau furnace hingga suhunya mencapai 350 o C.
b. Keluaran heater / furnace diumpankan dalam reaktor katalitik. Reaksi yang terjadi adalah : CH 3 -CH=CH 2 + O 2 CH 2 -CH-CHO + H 2 O (I.3)
CH 3 -CH=CH 2 + 4
O 2 3CO 2 + 3H 2 O (I.4)
propilen
oksigen karbon dioksida air
c. Arus keluar reaktor suhunya didinginkan secara mendadak dalam quenching cooler.
d. Arus kemudian dilewatkan absorber untuk mendapatkan akrolein.
Dari proses Shell dihasilkan produk akrolein, propionaldehid, asetaldehid, dan air. Konversi pada proses ini cukup rendah, yaitu 15% untuk sekali arus. Untuk itu, diperlukan re-cycle propilen tak bereaksi untuk meningkatkan konversi reaksi.
(Kirk & Othmer, 1997)
3. Proses Oksidasi Propilen Pada proses ini juga terjadi oksidasi propilen menggunakan oksigen yang diambil dari udara bebas. Katalis yang digunakan adalah senyawa kompleks metal oksida, yakni campuran molibdate, bismuth, nikel, cobalt, besi, natrium, boron, kalium, dan silika. Reaksi yang terjadi adalah :
(I.5)
O 2 C 3 H 4 O 2 (I.7)
akrolein
asam akrilat
C3H6 +
O 2 3CO 2 + 3H 2 O
(I.8)
Propilen (www.che.cemr.wvu.edu/publications/projects/large_proj/Acrolein.PDF, 1 November 2010).
Pada proses ini digunakan reaktor multitube fixed bed reactor dengan kondisi operasi sebagai berikut :
= Mo 12 Bi 15 Ni 2 Co 3 Fe 0,4 Na 0,2 B 0,2 K 0,08 Si 18
Konversi
Adapun komposisi umpan reaktor adalah : Propilen : 8% Udara : 67% Steam : 25%
(US Patent no 4,837,360) Dengan pertimbangan ketiga proses di atas maka perancangan pabrik kimia ini dipakai proses oksidasi propilen, karena konversi lebih tinggi dengan suhu operasi lebih rendah dan yield paling besar.
Akrolein dengan konsentrasi kurang dari 500 ppm digunakan sebagai pelindung bahan bakar cair dan mikroorganisme. Bahan pembuatan asam amino
Bahan baku akrolein adalah propilen, udara dan steam. Sifat-sifat dari bahan baku dan produk tersebut dapat dibaca pada Tabel I-3. Bahan baku propilen mempunyai kemurnian 99,5% dan 0,5% propana, komposisi tersebut merupakan spesifikasi produk PT Chandra Asri Petrochemical Center. Sedangkan akrolein yang dihasilkan memiliki komposisi 97% akrolein dan 3% terdiri dari campuran air dan impuritas lain. Hal tersebut didasari pada spesifikasi produk akrolein di pasaran.
I.5.1. Sifat fisis dan kimia
Bahan Baku
1. Propilen (C 3 H 6 )
a. Sifat Fisis
Flash point
: 87,9 o C
Fire point
: 92,2 o C
Boiling point
: 223,4 K
Suhu kritis
: 365 K
Volume kritis
: 181,0 mL / gmol
Liquid density
: 0,612 gr / mL
b. Sifat Kimia Macam-macam reaksi kimia yang terjadi pada propilen antara lain : Hidrasi
Propilen dengan adanya katalis H 2 SO 4 akan bereaksi membentuk
isopropil alkohol. Reaksi yang terjadi adalah :
C 3 H 6 25 , 300 ( 4 2 4 psi SO H SO diispropil amin
H SO H SO 4 2 4 (CH
3 ) 2 CHOH (I.9)
Oksidasi katalitik propilen dengan adanya katalis PdCl 2 menghasilkan
aseton.
C 3 H 6 + PdCl 2 + H 2 O
(CH 3 ) 2 CO + Pd + 2HCl (I.11)
Nitro oksidasi propilen pada suhu 700 o
C dengan katalis perak
menghasilkan akronitril
4C 3 H 6 NO
4CH 2 =CHCHN + N 2 + 6H 2 O . (I.12) (Mc Ketta, 1976)
2. Propana (C 3 H 8 )
Merupakan impuritas pada propilen Berat molekul ( BM )
: 44,09 gr/grmol
Titik didih
: - 42,04 0 C
Densitas
: 0,585 gr /cm 3
Temperatur kritis
: 96,8 0 C
Tekanan kritis
: 42,5 atm
Volume kritis
: 202,9 cm 3 /gmol
Fase
: gas ( 30 0 C, 1 atm )
(Carl Yaws, 1997)
Produk
1. Akrolein (C 3 H 4 O)
Akrolein (2 propenal) adalah unsaturated aldehid yang sederhana, merupakan senyawa tidak berwarna, mudah menguap, beracun, dan memiliki reaktivitas kimia yang tinggi. Selain itu akrolein memiliki bau yang kuat.
a. Sifat Fisis
Suhu kritis
: 233 o C
Tekanan kritis
: 5,07 MPa
Volume kritis
: 189 mL / gmol
b. Sifat kimia Akrolein adalah senyawa kimia yang reaktif karena senyawanya merupakan gabungan vinil dan aldehid. Karakteristik reaksinya menyerupai baik senyawa tak jenuh maupun aldehid. Ikatan rangkap 2 dari karbon dengan atom karbon maupun karbonil group akan menaikkan reaktivitasnya. Kecenderungan polimerisasi sangat besar apalagi pada suhu yang tinggi. Macam-macam reaksi yang terjadi pada akrolein.
Reaksi Oksidasi Oksidasi katalitik dari akrolein dengan oksigen ditambah dengan steam akan menghasilkan asam akrilat. Komposisi dari umpan adalah
perbadingan molar 1 : 10 : 5. Suhu reaksi anatar 350 – 450 0 C. Proses ini dapat dikombinasikan dengan oksidasi fase gas ropilen dengan udara atau oksigen. Akrolein dapat juga dioksidasi pada fase cair dengan oksigen, dengan katalis perak. Hidrogen peroksida dalam selenium dioksida / selenium adalah katalis yang dapat memberikan hasil yang tinggi dalam proses oksidasi akrilaldehid menjadi asam akrilat pada fase cair. Karena sulitnya pemisahan asam dengan cairan reaksi, maka proses fase cair ini jarang digunakan.
Reaksi Epoksidasi
Jika akrolein dioksidasi dengan diluen H 2 O 2 pada suasana alkali (alkaline Jika akrolein dioksidasi dengan diluen H 2 O 2 pada suasana alkali (alkaline
C. Katalisator yang paling baik dipakai adalah sistem oksidasi logam dari antimon dan timah, antimon dan indium atau dengan molibdenum.
Reaksi Adisi Reaksi adisi pada ikatan rangkap dua atom C=C dapat terjadi dengan adanya katalis pada suasana asam basa. Senyawa-senyawa yang dapat mengadisi antara lain : alkohol, amin, dan senyawa metil yang aktif.
(Mc Ketta, 1976)
2. Asam Akrilat (C 3 H 4 O 2 ) Asam akrilat adalah salah satu jenis akrilat asam kuat karbosiklik
a. Sifat Fisis
Boiling point
: 141,15 o C
Melting point
: 13,65 o C
Relative density
: 1,045 g 25/25
Refractive index
: 1,4185 nD
Vapor pressure (20 o C)
: 0,35 MPa
Suhu kritis
: 342 o C
Tekanan kritis
: 56,6 Bar
Volume kritis
: 208 mL / gmol
b. Sifat Kimia Reaksi asam akrilat dengan amonia, amin primer atau sekunder akan membentuk amida. Tetapi akrilamid lebih baik dibuat dengan hidrolisis akrilonitril dengan alkohol
Kebanyakan asam akrilat digunakan untuk membuat metil, etil, atau butil ester dengan proses esterifikasi langsung dengan alkohol dan katalis asam sulfat
Bahan Pendukung
1. Katalis Senyawa Metal Oksida Rumus Molekul
: Mo 12 Bi 15 Ni 2 Co 3 Fe 0,4 Na 0,2 B 0,2 K 0,08 Si 18 Berat Molekul
: 5116,68 gr/grmol
Bentuk
: bola Diameter : 3 mm
Bulk density
: 225 kg/m 3
: 3 - 4 tahun
(US Patent no 4,837,360)
2. Hidroquinon Merupakan senyawa yang secara fisis berbentuk kristal putih, ditambahkan dalam produk akrolein untuk mencegah terjadinya polimerisasi selama penyimpanan.
a. Sifat Fisis
Rumus Molekul
:C 6 H 4 (OH) 2
Berat Molekul
: 110,11 gr/grmol
Boiling point
: 287 o C
Melting point
: 173 o C
Flash point
: 165 o C
- Etil asetat
: 22 gr/100 gr solvent
b. Sifat Kimia Hidroquinon dapat dioksidasi oleh beberapa oksidan seperti asam nitrat, halogen, persulfat, dan garam logam. Dapat juga dioksidasi oleh oksigen dalam larutan basa. Dalam media cair, hidroquinon bereaksi dengan oksigen secara auto-oksidasi yang dipengaruhi oleh pH. Pada larutan asam, reaksi berjalan sangat lambat. Untuk mempercepat reaksi bisa digunakan katalis tembaga.
Hidroquinon dapat bereaksi redoks secara reversibel dengan berbagai cara dan pasangan redoks. Setap pasangan redoks memiliki potensional elektrokimia yang tergantung derajat protonasi dan reduksi elektron.
Hidroquinon adalah reduktor yang memiliki potensial reduksi (E o ) = +286 mV untuk pasangan redoks benzoquinon / hidroquinon pada 25 o
C dan pH netral. (www.inchem.org)
DESKRIPSI PROSES
II.1. Spesifikasi Bahan Baku Dan Produk II.1.1. Spesifikasi Bahan baku
a. Propilen
Rumus molekul
Berat molekul
: 42,081 gr/grmol
Boiling point
: - 47,57
Kenampakan
: gas tak berwarna (pada suhu kamar)
Kemurnian
: 99,50% mol Impuritas C 3 H 8 : 0,5% mol
b. Steam
Rumus molekul
Berat molekul
: 18,015 gr/grmol
Kondisi
: uap jenuh
: gas tidak berwarna (pada suhu kamar)
c. Udara
Komposisi :
1. Nitrogen
Rumus molekul
Berat molekul
: 32 gr/grmol
Titik didih normal : -183 Komposisi
Kenampakan
: gas tidak berwarna (pada suhu kamar)
II.1.2. Spesifikasi Produk
a. Akrolein
Rumus Molekul
Berat molekul
: 56,064 gr/grmol
Boiling point
Kenampakan
: cairan tak berwarna (pada suhu kamar)
Kemurnian
: 97,02% berat
Impuritas - Air
b. Asam Akrilat
Rumus Molekul
:C 3 H 4 O 2
Boiling point
: 141,15 o C
Melting point
: 13,65 o C
Relative density
: 1,045 g 25/25
Refractive index
: 1,4185 nD
Vapor pressure (20 o C): 0,35 MPa Suhu kritis
: 342 o C
Melting point
: -56,57 o C
Suhu kritis
: 31,04 o C
Tekanan kritis
: 73,52 Bar
II.2. Tinjauan Proses
Oksidasi propilen menggunakan oksigen dari udara bebas. Denagn katalis senyawa kompleks Metal Oxide ( Mo 12 Bi 15 Ni 2 Co 3 Fe 0,4 Na 0,2 B 0,2 K 0,08 Si 18 ). Reaksi terdiri dari
reaksi utama (persamaan (II.1)) dan reaksi samping (persamaan (II.2), (II.3), (II.4)).
C 3 H 6 + O 2 3 C H 4 O+ H 2 O (II.1)
C 3 H 4 O + 3,5 O 2 3CO 2 + 2H 2 O (II.2)
C 3 H 4 O + 0,5 O 2 3 C H 4 O 2 (II.3)
C 3 H 6 + 4,5 O 2 3CO 2 + 3H 2 O (II.4)
(www.che.cemr.wvu.edu/publications/projects/large_proj/Acrolein.PDF, 1 November 2010).
Reaksi berlangsung pada suhu 310 o C – 350 o
C dan tekanan 0,2 MPa dengan
konversi pembentukan Akrolein mencapai 98,7%. Reaktor yang digunakan berupa Fixed Bed Multitube (US Patent No 4,837,360).
II.3. Tinjauan Termodinamika
Reaksi pembentukan akrolein adalah reaksi non isothermal non adiabatis, yang ditunjukkan oleh panas pembentukannya pada tabel II-1.
Tabel II-1 Data termodinamika reaksi pembentukan akrolein
Metal Oxide Metal Oxide Metal Oxide
Metal Oxide
sedangkan G bernilai negatif maka reaksi dapat berlangsung. Pada reaksi utama, bila ditinjau dari kesetimbangan reaksi, K = k 1 /k 2 , dimana
k 1 adalah konstanta kecepatan reaksi ke arah kanan (produk) dan k 2 adalah konstanta
kecepatan reaksi ke arah kiri (reaktan). Karena harga K sangat besar (K =
4,5110.10 39 ), maka dapat dianggap reaksi berlangsung satu arah yaitu ke kanan, sedangkan reaksi ke kiri sedemikian kecilnya sehingga diabaikan. Dengan kata lain, dapat dikatakan reaksi berjalan secara irreversibel.
II.4. Tinjauan Kinetika
Nilai persamaan kecepatan reaksi pembentukan akrolein diperoleh dari persamaan (II-5) dan tabel (II-2) telah diteliti oleh Union Carbide Corporation. (www.che.cemr.wvu.edu/publications/projects/largeproj/Acrolein.PDF, 1 November, 2010)
Dengan K 1 = 2, K 2 = 4, K 3 = 2, T = 623 K, R = 8,314 cm 3 kPa/mol K,
3 6 C P C = 56,7 kPa, 2 P O = 244,2 kPa,
4 3 4 H C P C = 66,8 kPa
Tabel II-2 Data kecepatan reaksi
Reaksi (i)
Energi akitvasi
Pre-exponential factor (k)
Secara garis besar proses pembuatan akrolein dari propilen dengan proses oksidasi dibagi menjadi tiga tahap proses, yaitu tahap persiapan bahan baku, tahap reaksi dan tahap pemisahan produk (lihat pada Gambar II-3).
Pada tahap persiapan bahan baku, propilen (C 3 H 6 ) dari tangki penyimpanan (T-01) pada fase gas dengan kondisi suhu 25 0 C dan tekanan 1,03 MPa dinaikkan suhunya menjadi 130 0 C dengan Heat Exchanger I (HE-01) menggunakan pemanas
produk keluaran Reaktor (R-01). Propilen kemudian diekspansi di Ekspander I (E-01)
sehingga tekanannya turun menjadi 0,203 MPa dan suhunya 76,35 0 C, kemudian
diumpankan ke dalam Furnace (F-01) bersamaan dengan udara dan steam. Penyiapan udara diambil dari udara bebas pada suhu kamar dan tekanan 0,101 MPa. Udara ditekan menggunakan kompresor I (CO-01) sampai tekanan 0,203 MPa dan suhunya 95,9 o
C. Steam dalam proses ini berguna sebagai diluen bagi campuran propilen-
udara yang bersifat eksplosif dan mudah terbakar, sehingga diperoleh propilen-udara- steam berada di luar daerah eksplosifnya. Penyediaan steam dilakukan oleh unit utilitas dengan kondisi suhu 130 o
C dan tekanan 0,203 MPa. Ketiga arus bahan baku
ini kemudian dipanaskan lebih lanjut dalam Furnace (F-01) sampai mencapai suhu operasi reaktor 310 o
C dan selanjutnya diumpankan masuk ke dalam Reaktor (R-01). Propilen dioksidasi dengan udara dalam Reaktor (R-01) untuk menghasilkan akrolein dengan konversi 98,7%. Produk samping yang dihasilkan adalah asam akrilat, karbon dioksida, dan air. Reaktor yang digunakan adalah jenis fixed bed multitube yang beroperasi secara non isotermal non adiabatis. Tube (pipa reaksi) berisi katalis metal oksida, yakni campuran molibdenum, bismut, nikel, kobalt, besi, natrium, boron, kalium, dan silika. Reaktan diumpankan dari puncak reaktor dan C dan selanjutnya diumpankan masuk ke dalam Reaktor (R-01). Propilen dioksidasi dengan udara dalam Reaktor (R-01) untuk menghasilkan akrolein dengan konversi 98,7%. Produk samping yang dihasilkan adalah asam akrilat, karbon dioksida, dan air. Reaktor yang digunakan adalah jenis fixed bed multitube yang beroperasi secara non isotermal non adiabatis. Tube (pipa reaksi) berisi katalis metal oksida, yakni campuran molibdenum, bismut, nikel, kobalt, besi, natrium, boron, kalium, dan silika. Reaktan diumpankan dari puncak reaktor dan
C beroperasi pada tekanan 0,22 MPa. Gas keluar absorber pada suhu 51,1 o
C, air sebagai media penyerap masuk pada suhu 30 o
C tekanan 0,22 MPa sedangkan hasil bawah absorber keluar pada suhu 51,1 o
C dan tekanan 0,22
MPa. Dalam absorber, semua akrolein dan asam akrilat larut dalam air dan terpungut pada hasil bawah, sedangkan propilen, propana, karbon dioksida, oksigen, dan nitrogen keluar dari puncak menara. Non-condensable gas ini dialirkan menuju Furnace (F-01) untuk dibakar. Hasil bawah absorber yang mengandung akrolein, asam akrilat, dan air selanjutnya diumpankan ke Menara Distilasi (MD-01) pada kondisi cair jenuhnya 0,101 MPa dan suhu 97,17 o
C. Pada Menara Distilasi (MD-01),
seluruh asam akrilat dan sebagian besar air dipisahkan pada bagian bawah menara, sedangkan akrolein dan sedikit air keluar pada bagian atas menara. Hasil bawah Menara Distilasi (MD-01) pada suhu 100,02 o
C dialirkan ke unit pengolahan limbah. Hasil atas Menara Distilasi (MD-01) pada suhu 57,53 o
C dialirkan ke Mixer
(M-01) untuk dicampur dengan hidroquinon. Hidroquinon sebanyak 0,2% berat berfungsi sebagai inhibitor, untuk mencegah terjadinya polimerisasi akrolein saat penyimpanan. Selanjutnya keluaran dari Mixer (M-01) didinginkan suhunya dalam Heat Exchanger
V (HE-05) sampai 30 o
C kemudian dialirkan ke tangki penyimpanan produk akrolein (T-02).
C 3 H 6 12,75
536,44 C 3 H 6 2,45 103,00
C 3 H 8 0,06
2,82 C 3 H 8 0,06 2,82
717,66 C 3 H 4 O
C 3 H 4 O 2 1,77 127,69 TOTAL
Tabel II-4 Neraca Massa pada Absorber (A-01)
INPUT
OUTPUT Komponen
kmol/jam
kg/jam
Komponen
kmol/jam kg/jam
Dari Reaktor (R-01)
Fase gas (ke stack)
C 3 H 6 2,45
103,00 C 3 H 6 2,45 103,00
C 3 H 8 0,06
2,82 C 3 H 8 0,06 2,82
C 3 H 4 O 2 1,77
Sub Total
4.337,04 Sub Total
Air Penyerap
Bottom Ke MD-01
INPUT
OUTPUT Komponen
kmol/jam
kg/jam
Komponen
kmol/jam kg/jam Dari Bottom Absorber (A-01)
Distilat (ke Mixer I, M-01)
378,99 C 3 H 4 O
3.036,77 H 2 O
C 3 H 4 O 2 1,77
127,69 C 3 H 4 O 2 0,00 0,00
Sub Total
6,76 371,28 Bottom (ke waste treatment)
C 3 H 4 O 2 1,77 127,69
Sub Total
Tabel II-6 Neraca Massa pada Mixer (M-01)
INPUT
OUTPUT Komponen
kmol/jam
kg/jam
Komponen
kmol/jam kg/jam Dari Menara Distilasi I (MD-01)
Ke Tangki Produk (T-02)
367,62 C 3 H 4 O
3,65 H 2 O
C 3 H 4 O 2 0,00
0,00 C 3 H 4 O 2 1,65E-07 0,00
INPUT
OUTPUT Keterangan Komponen
Kg/jam
Keterangan Komponen Kg/jam Bahan Baku
N 2 2.362,69
Gas keluar di stack
C 3 H 6 536,44
CO 2 652,78
C 3 H 8 2,82
H 2 O(Steam)
UPL
11,37 Penyerap di absorber
C 3 H 4 O 2 127,69
Hidroquinon C 6 H 4 (OH) 2 7,51
3,65 Sulfat Dioksida
SO 2 0,00
C 6 H 4 (OH) 2 7,51 Karbon
C 25,97
Hidrogen
H 2 3,12
TOTAL
8.022,63 TOTAL
Tabel II-8 Neraca Panas pada Heat Exchanger I (HE-01)
kJ/jam
Komponen
kJ/jam
Panas dibawa propilen
Panas dibawa propilen
C 3 H 6 3.275,370 C 3 H 6 95.464,241
C 3 H 8 18,904 C 3 H 8 558,079 Sub Total
3.294,273 Sub Total
Panas dibawa produk reaktor Panas dibawa produk reaktor N 2 748.783,675 C 3 H 6 706.231,782
O 2 45.838,619 H 2 O
43.232,010 CO 2 68.191,832 N 2 64.064,249
C 3 H 6 60.950,767 O 2 56.948,744
C 3 H 8 1.885,434 C 3 H 4 O
112.631,784 C 3 H 4 O 2 109.106,048
558.749,572 CO 2 526.620,316
C 3 H 4 O 2 54.988,131 C 3 H 8 51.328,996 Sub Total
1.652.019,815 Sub Total
TOTAL
1.655.314,088 TOTAL
Komponen
kJ/jam Panas Umpan Furnace (F-01)
Panas Keluar Furnace (F-01) N 2 140.686,00 N 2 708.686,56 O 2 37.958,10 O 2 192.793,26
89.726,01 H 2 O
C 3 H 6 49.833,56 C 3 H 6 297.748,62
C 3 H 8 289,83 C 3 H 8 1.766,47 Sub Total
318.493,50 Sub Total
1.683.830,15 Panas dibawa
bahan bakar
Panas dibawa gas buang
Udara Pembakaran
N 2 48.3208,46 N 2 176.382,46 O 2 9.262,57 O 2 54.287,22 CO 2 84.436,05 Sub Total
54.287,22 H 2 O
41.808,73 Panas Pembakaran 1.716.538,37 SO 2 46,26
Gas dari absorber (A-01)
Sub Total
N 2 58.186,15 Panas yang hilang
C 3 H 6 3.834,76
C 3 H 8 115,69 C 3 H 8 115,69
Komponen
kJ/jam
Panas Umpan Reaktor (R-01)
Panas Produk Reaktor (R-01) N 2 709.021,37 N 2 749.153,33 O 2 195.383,86 O 2 46.506,62
C 3 H 6 308.260,02 CO 2 120.498,14
C 3 H 8 1.824,13 C 3 H 6 63.254,04
H 2 O 394.157,54 C 3 H 8 1.951,17 Sub Total
1.608.646,92 C 3 H 4 O
179.285,55 Panas Reaksi
95.297,88 H 2 O
561.711,91 Panas yang diserap downterm G
73.163,52 C 3 H 4 O 2 54.747,28 TOTAL
1.777.108,02 TOTAL
1.777.108,02
kJ/jam
Komponen
kJ/jam Panas Umpan Absorber (A-01)
Panas Gas keluar Absorber (A-01) N 2 176.704,52 N 2 58559,75 O 2 10.776,29 O 2 3558,07 CO 2 18.285,25 CO 2 5687,23
C 3 H 6 12.317,18 C 3 H 6 3893,63
C 3 H 8 373,46 C 3 H 8 117,41
C 3 H 4 O 2 10.844,61
Sub Total
394.173,03 Sub Total
Panas air penyerap
Panas Cairan keluar Absorber (A-01)
50.774,69 C 3 H 4 O
C 3 H 4 O 2 5190,84
Sub Total
372560,63 TOTAL
444.947,72 TOTAL
Komponen
kJ/jam
Panas Umpan
Panas Distilat
62.136,67 C 3 H 4 O
463.338,86 H 2 O
C 3 H 4 O 2 15.650,26 C 3 H 4 O 2 0,00 Panas Reboiler
Panas Bottom
C 3 H 4 O 2 11.388,28
Panas kondensor
Tabel II-13 Neraca Panas pada Heat Exchanger II (HE-02)
kJ/jam
Komponen
kJ/jam Dowtherm G
263.758,68 Dowtherm G
313,92 Pendingin
263.758,68 Pendingin
527.203,45 TOTAL
527.517,37 TOTAL
Komponen
kJ/jam Pendingin Dowtherm G
8.056,83 Pendingin Dowtherm G
1.270.753,52 Panas dibawa produk reaktor N 2 747.037,95 N 2 176.314,36 O 2 45.732,81 O 2 10.713,22 CO 2 68.106,12 CO 2 15.058,30
C 3 H 6 60.789,43 C 3 H 6 12.152,75
C 3 H 8 1.880,35 C 3 H 8 368,73
112.609,16 C 3 H 4 O
557.435,09 H 2 O
C 3 H 4 O 2 54.836,58 C 3 H 4 O 2 10.838,41 Sub total
1.648.427,50 Sub total
Tabel II-15 Neraca Panas pada Heat Exchanger IV (HE-04)
kJ/jam
Komponen
kJ/jam Pemanas (Steam)
768.326,74 Pemanas (Steam)
41.799,83 C 3 H 4 O
716.225,69 H 2 O
C 3 H 4 O 2 10.301,21 C 3 H 4 O 2 15.942,62
65.049,54 Pendingin air
187.348,64
329,03 C 3 H 4 O
123,14
192.531,34 H 2 O
72.240,75
C 3 H 4 O 2 2.889,30 C 3 H 4 O 2 1.086,69 TOTAL
260.799,22 TOTAL
260.799,22
Tabel II-17 Neraca Panas Keseluruhan (Overall)
No.
Komponen
INPUT (kJ/jam)
OUTPUT (kJ/jam)
5 Udara di furnace
230.669,68
6. Air (Ab)
50.774,69
7. Q reaksi
9. Q RE-01
33.672.583,82
10. Mixer
13,77
1. CD-01
33.494.430,34
2. HE-01
96.022,32
3. HE-02
263.758,68
4. HE-03
923.546,66
Tata letak pabrik adalah tempat kedudukan dari seluruh bagian pabrik, meliputi : tempat kerja alat, tempat kerja karyawan, tempat penyimpanan barang, tempat penyediaan sarana utilitas, dan sarana lain bagi pabrik. Beberapa faktor perlu diperhatikan dalam penentuan tata letak pabrik, antara lain adalah pertimbangan ekonomis (biaya konstruksi dan operasi), kebutuhan proses, pemeliharaan keselamatan, perluasan di masa mendatang.
Bangunan pabrik meliputi area proses, area tempat penyimpanan bahan baku dan produk, area utilitas, bengkel mekanik untuk pemeliharaan, gudang untuk pemeliharaan dan plant supplies, ruang control, laboratorium untuk pengendalian mutu dan pengembangan, unit pemadam kebakaran, kantor administrasi, kantin,
poliklinik, tempat ibadah, area parkir, taman dan sarana olah raga bagi para pegawai.
Pengaturan letak peralatan proses pabrik harus dirancang seefisien mungkin. Beberapa pertimbangan perlu diperhatikan yaitu ekonomi, kebutuhan proses, operasi, perawatan, keamanan, perluasan dan pengembangan pabrik. Peletakan alat–alat proses harus sebaik mungkin sehingga memberikan biaya kontruksi dengan operasi minimal. Biaya kontruksi dapat diminimalkan dengan mengatur letak alat sehingga menghasilkan pemipaan terpendek dan membutuhkan bahan kontruksi paling sedikit. Peletakan alat harus memberikan ruangan cukup bagi masing–masing alat agar dapat beroperasi dengan baik, dengan distribusi utilitas mudah. Peralatan membutuhkan perhatian lebih dari operator harus diletakkan dekat control room. Valve, tempat pengambilan sampel, dan instrumen harus diletakkan pada ketinggian tertentu sehingga mudah dijangkau oleh operator. Peletakan alat proses harus memperhatikan ruangan untuk perawatan. Misalnya pada Heat Exchanger memerlukan cukup Pengaturan letak peralatan proses pabrik harus dirancang seefisien mungkin. Beberapa pertimbangan perlu diperhatikan yaitu ekonomi, kebutuhan proses, operasi, perawatan, keamanan, perluasan dan pengembangan pabrik. Peletakan alat–alat proses harus sebaik mungkin sehingga memberikan biaya kontruksi dengan operasi minimal. Biaya kontruksi dapat diminimalkan dengan mengatur letak alat sehingga menghasilkan pemipaan terpendek dan membutuhkan bahan kontruksi paling sedikit. Peletakan alat harus memberikan ruangan cukup bagi masing–masing alat agar dapat beroperasi dengan baik, dengan distribusi utilitas mudah. Peralatan membutuhkan perhatian lebih dari operator harus diletakkan dekat control room. Valve, tempat pengambilan sampel, dan instrumen harus diletakkan pada ketinggian tertentu sehingga mudah dijangkau oleh operator. Peletakan alat proses harus memperhatikan ruangan untuk perawatan. Misalnya pada Heat Exchanger memerlukan cukup
T-01
A-01
T-02 MD
Gambar II-5 Tata Letak Peralatan Proses
Keterangan : A-01 = Absorber MD = Menara distilasi R
= Reaktor T-01 = Tangki propilen T-02 = Tangki akrolein
Skala 1: 1000
SPESIFIKASI ALAT PROSES
Spesifikasi alat proses utama terdiri dari reaktor, absorber, dan menara distilasi. Reaktor mempunyai tugas mereaksikan bahan baku propilen, steam dan udara dengan katalis senyawa metal oksides menjadi produk akrolein. Hasil keluaran reaktor kemudian diproses dalam absorber dengan media penyerap air untuk penyerapan akrolein dan asam akrilat. Menara distilasi menggunakan tipe plate kolom. Hasil keluaran menara distilasi adalah produk akrolein dengan kemurnian 97% dengan pengotor air 0,96% dan hidroquenon 2,04%. Selain fungsi masing- masing alat tersebut akan disebutkan spesifikasi lain seperti jumlah, volume, kondisi operasi, bahan kontruksi, dan dimensi alat. Hal tersebut dapat dilihat pada Tabel III-1, selain dari alat proses pada bab ini dapat pula dilihat spesifikasi tangki penyimpanan bahan baku dan tangki penyimpanan produk pada Tabel III-2. Spesifikasi alat penukar panas (heat exchanger) dapat dilihat pada Tabel III-3 dan spesifikasi pompa dapat dilihat pada Tabel III-4.
Spesifikasi alat proses pendukung terdiri dari kompresor, furnace, blower, reboiler, mixer. Kompresor berfungsi sebagai alat penekan udara pada udara bahan baku. Sebelum bahan baku direaksikan di dalam reaktor, terlebih dahulu dipanaskan di dalam furnace untuk memenuhi kondisi operasi. Blower bertujuan untuk mengalirkan gas keluaran reaktor sebelum masuk ke absorber. Reboiler berfungsi untuk menguapkan sebagian hasil bawah menara distilasi. Mixer mempunyai peranan dalam mencampurkan hasil atas MD-01 yang sudah dicairkan dengan hidroquinon. Spesifikasi alat proses pendukung dapat dilihat pada Tabel III-5.
Nama alat
Fungsi Mereaksikan propilen dengan steam dan oksigen sehingga menghasilkan produk akrolein
Tipe/jenis
Fixed Bed Multitube Reactor
Jumlah
1 Volume, m 3 4,68
Kondisi Operasi :
P, MPa
0,203 T, o C 310 – 350
t, detik
Bahan kontruksi
high alloy steel SA 167 grade 3
Dimensi :
Diameter dalam, m
Tinggi, m
Tinggi head, in
Tebal shell, in
Tebal head, in
Katalis/packing
Metal Oxide
Bentuk
Bola
Umur aktif, tahun
Nama alat
Absorber
Menara Distilasi Kode
Menyerap C 3 H 4 O dan C 3 H 4 O 2
dari aliran gas hasil reaktor
Menghasilkan produk akrolein 97%
Tipe/jenis Packing bed plate dengan sieve tray Jumlah
Volume, m 3 11,79
Kondisi Operasi :
T, o C 51,1
atas = 57,65 bawah = 100,17
Bahan kontruksi
Alloy (Nickel-Chromium-iron) SB 186
Carbon steel SA 285 C
Dimensi :
Diameter dalam, m 0,88
Tinggi, m
Tinggi head, in
Tebal shell, in
Tebal head, in
Bahan isolasi
diatomae earth
Tebal isolasi, cm 57,48
acking
Intalox Saddle
Nama alat
Tangki propilen
Tangki akrolein Kode
Menyimpan bahan baku propilen selama 1 hari(tangki utama) dan
3 hari (tangki cadangan)
Menyimpan produk akrolein selama 1 bulan.
Tipe / Jenis
Tanki Spherical vessel
Tangki silinder tegak, flat bottom, supporting cone roof
Jumlah
2 ( 1 cadangan)
Volume,m 3
751,19 (tangki cadangan 1727,74)
Kondisi operasi :
P, MPa
1,013 (tangki cadangan 1,317)
0,101 T, o C 25 30
Bahan Kontruksi
Carbon Steel SA 212 grade B
Carbon steel SA 285 grade C
Dimensi :
Diameter , m
11,28 (tanki cadangan 14,89)
Tinggi, m
Tinggi head, in
Tebal shell, in
1,25 (tangki cadangan 2)
Nama Alat
Heat Exchanger - 01
Heat Exchanger – 02 Kode
Memanaskan umpan
C 3 H 6 , dengan produk reaktor
Mendinginkan downterm G keluar reaktor
Tipe
Double pipe
Double pipe
Beban kerja, kJ/jam
Luas transfer panas, ft 2 33,01
Tube side
C 3 H 6 dan C 3 H 8 Pendingin keluar reaktor Suhu operasi, o C(in/out)
Debit, kg/jam
OD tube, in
Panjang, ft
Material konstruksi
Stainless Stell pipe
Stainless Stell SA 167 type 316
Shell side
Inner pipe
Inner pipe
fluida
produk dari reaktor
Dowtherm G
Suhu operasi, o C(in/out) 325,79 / 309,03
Debit, kg/jam
Nama Alat
Heat Exchanger - 03
Heat Exchanger – 04 Kode
Medinginkan produk keluar reaktor sampai T dew umpan ke absorber
Memanaskan keluaran absorber bawah sebelum masuk MD
Tipe
Double pipe
Double pipe
Beban kerja, kJ/jam
Luas transfer panas, ft 2 22,01
Tube side
Produk keluaran reaktor setelah lewat blower
Steam
Suhu operasi, o C(in/out) 325,10 / 96,77
Debit, kg/jam
OD tube, in
Panjang, ft
Material konstruksi
Stainless stell SA 167 type 316
Stainless stell SA 167 type 316
1,21806E-08
Shell side
Inner pipe
Inner pipe
fluida Dowtherm G keluran absorber bawah Suhu operasi, o C(in/out) -5/35
Debit, kg/jam
Nama Alat
Heat Exchanger - 05
Condensor – 01 Kode
Medinginkan produk keluaran mixer
Mengkondensasikan hasil atas Menara Distilasi (MD)
Tipe
Shell-Tube
Double pipe Beban kerja, kJ/jam
195749,68
1.116.467
Luas transfer panas, ft 2 6595,68
140,94
Tube side
Fluida panas
Annulus
Fluida
Produk mixer
Produk atas MD Suhu operasi, o C(in/out) 57,5/30
57,53
Debit, kg/jam
3543,45
371
OD tube, in
Pitch, in
Panjang, ft
20 18
Jumlah tube
420
Pass
Material konstruksi Stainless stell SA 167 type 316 Carbon Steel SA 283 grade C 5,028E-05
0,0001
Shell side
Fluida dingin
Inner pipe fluida
Air laut
Air
Suhu operasi, o C(in/out) 27/43,92
30/45
Debit, kg/jam
2731,18
1185,98
ID shell, in
23,25
1,38
Baffle spacing, in
Nama Alat
Kondensor
Reboiler Kode
Mengkondensasikan hasil atas Menara Distilasi (MD)
Menguapkan sebagaian hasil bawah MD
Tipe
Shell and Tube
Kettle Reboiler Beban kerja, kJ/jam
Luas transfer panas, ft 2 3.883,68
Kondisi operasi :
Suhu masuk, o C 57,50
Suhu keluar, o C 37,50
Tekanan, MPa
Tube side
Fluida panas
Fluida panas Fluida
Hasil atas MD
Air
Debit, kg/jam
15.491,55 OD tube, in
Triangular pitch
Triangular pitch Pitch, in
Panjang, ft
Jumlah tube
Material konstruksi
Stainless stell SA 167 type 316
Stainless stell SA 167 type 316
Shell side
Fluida dingin
Fluida dingin fluida
Air
Campuran hasil bawah MD
Suhu operasi, o C 30 / 45
Debit, kg/jam
ID shell, in
Baffle spacing, in
Pass
Nama Alat
Mencampur hasil atas MD-01 dengan hidroquinon
Tipe Silinder tegak dilengkapi pengaduk
Kondisi operasi :
Suhu, o C 30
Tekanan, MPa
Tinggi, m
1,61 (shell)
Diameter, m
1,24 (shell)
Tebal, in
0,25 (shell)
Jenis tutup head
Thorisperical dished head
Tebal head, in
Tinggi head, m
Tipe pengaduk
Flat blade turbine
Diameter pengaduk, in
Kecepatan pengaduk, RPM
Power pengaduk, Hp
Nama Alat
Memanaskan umpan reaktor (R-01) sampai suhu 310 o C
Tipe
Furnace tipe box
Kondisi operasi :
Suhu masuk, o C 74,5 Suhu keluar, o C 310 Suhu flue gas keluar, o C 344,48
Panjang, m
Tinggi, m
Tinggi brigde wall, m
Lebar, m
Jumlah tube
Diameter, in
Jarak antar pusat, in
Panjang, ft
Bahan bakar
Solar
Kebutuhan bb, kg/jam
Nama Alat
Menaikkan tekanan udara proses dari 1 atm menjadi
2,2 atm untuk umpan furnace
Menaikkan produk reaktor dari 2 atm
menjadi 2,2 atm untuk masuk absorber
Tipe
Sentrifugal kompresor dengan penggerak motor listrik
Sentrifugal Tubo Blower dengan penggerak steam turbine single stage
Kondisi operasi :
Suhu masuk, o C 30 309,03
Suhu keluar, o C 95,90
Suhu flue gas keluar, o C -
Tekanan, MPa
Debit/kapasitas, kg/jam
Tinggi, m
Diameter, m
Jarak antar pusat, in
484.637,76 Panjang, ft
Daya, Hp
Kebutuhan tenaga, Hp
UNIT PENDUKUNG PROSES
IV.1. Unit Pendukung Proses
Unit pendukung proses atau utilitas merupakan bagian penting untuk penunjang proses produksi suatu pabrik. Utilitas di pabrik akrolein meliputi unit pengadaaan air dan pendingin reaktor, unit penyediaan steam dan bahan bakar, unit penyediaan udara instrument, unit pengadaan listrik dan unit pengolahan limbah.
Udara tekan pada kebutuhan instrumentasi pneumatic dan udara tekan di bengkel dipenuhi oleh unit penyediaan udara instrument, sedangkan unit pengadaan listrik berfungsi menyediakan listrik sebagai tenaga penggerak untuk peralatan proses, keperluan pengolahan air, peralatan-peralatan elektronik atau listrik AC, maupun untuk penerangan. Listrik disuplai dari PLN setempat dan dari generator sebagai cadangan apabila listrik dari PLN mengalami gangguan. Untuk pengolahan bahan buangan atau hasil samping reaksi dikerjakan di unit pengolahan limbah dengan proses biodegradasi dengan menggunakan activated sludge.
IV.2. Unit Pengadaan Air dan Pendingin Reaktor
Unit ini berfungsi menyediaan dan pengolahan air meliputi air pendingin, air umpan boiler, air penyerap di absorber, air konsumsi umum dan sanitasi, dan pendingin reaktor. Air pendingin menggunakan air laut yang diperoleh tidak jauh dari lokasi pabrik. Kebutuhan penggunaan air pendingin pada heat exchanger (HE-05)
dan kondensor (CD-01), sedangkan pendingin pada heat exchanger (HE-02, HE-03) menggunakan Dowtherm G dapat dilihat pada Tabel IV-1.
disebabkan adanya zat- zat organik maupun anorganik dan zat- zat yang tidak larut dalam jumlah besar.
Air untuk keperluan konsumsi dan sanitasi juga merupakan air tawar/artesis. Digunakan untuk memenuhi kebutuhan air minum, laboratorium, kantor, perumahan dan pertamanan. Air konsumsi dan sanitasi harus memenuhi syarat, yaitu suhu di bawah suhu udara luar, warna jernih, tidak berasa dan tidak berbau, tidak beracun, tidak mengandung zat organik dan anorganik, dan tidak mengandung bakteri patogen. Kebutuhan air ini dapat dilihat pada Tabel IV-1. Skema pengolahan air tawar/KTI (dapat dilihat pada Gambar IV-1). Pendingin yang digunakan pada reaktor adalah Dowtherm G berfungsi menjaga suhu reaktor agar beroperasi pada suhu optimal. Kebutuhan Dowtherm G digunakan untuk pendingin HE-02,HE-03 dan pendingin reaktor yaitu sebesar 1350,32 kg/jam.
Tabel IV-1 Kebutuhan air
No.
Jenis keb utuhan
Kebutuhan,
kg/jam
Laju alir, m 3/ jam
Sumber air
1. Air pendingin ( HE-05, CD-01).
53.6872 ,10
536,87 Air laut 2. Air umpan boiler dan air penyerap di
absorber
23 .368,29
23,47 KTI 3. Air konsumsi dan sanitasi
1.336,91
1,34
Total
562.806 ,61
562,81
Gambar IV-1 Skema Unit Pengolahan Air KTI
IV.3. Unit Penyediaan Steam dan Bahan Bakar
Steam digunakan untuk pemenuhan kebutuhan pada heat exchanger, reboiler dan steam untuk diluen. Untuk pemenuhan kebutuhan steam digunakan boiler,
kebutuhan steam dilebihkan 20% karena kemungkinan adanya kebocoran pada saat pendistribusian. Boiler dipakai tipe water tube boiler dengan bahan bakar solar karena bahan bakar mudah didapat, dan mudah dalam penyimpanan, spesifikasi boiler dapat dilihat pada Tabel IV-2, kebutuhan steam dan bahan bakar solar dapat
Boiler pip a air
Jumlah
1 buah
Kapasitas, kg/jam
5.885,83 Heating surface, ft 2 5.199,95
Q, Btu/jam
Rate of steam, lb/jam
Tekanan steam, psi
Bahan b akar
Solar
Tabel IV-3 Kebutuhan steam dan solar
Spesifikasi
Steam (RE-01 , HE-04 dan bahan baku)
Solar Kebutuhan spesifik
56,23 kg/produk
45 ,06 L/produk Rapat massa, kg/m3
Heating Value , Btu/m 3 --
Specific gravity --
0,82 Suhu,° C
-- Tekanan, MPa
IV.4. Unit Penyediaan Udara Instrumentasi
Kebutuhan udara tekan untuk perancangan pabrik akrolein diperkirakan sebesar 100 m 3 /jam, suhu 30 °C, 0,1 MPa. Penyediaan udara tekan menggunakan
kompresor yang dilengkapi dryer berisi silica gel untuk penyerapan kandungan air
Spesifikasi
Udara proses
Udara tekan
Tipe
Sentrifugal Tubo Blower
dengan penggerak motor
listrik
Single Stage Reciprocating Compresor
Jumlah
2 buah
1 buah Suhu udara, °C
Suhu keluar, o C 95,9
- Tekanan, MPa
0,69 Laju, m 3 /jam
100 Kebutuhan, kg/produk
- Tekanan suction, MPa
- Tekanan discharge, MPa
80% Daya, Hp
IV.5. Unit Pembangkit dan Pendistribusian Listrik
Kebutuhan tenaga listrik dipenuhi oleh PLN dan generator pabrik, hal ini bertujuan agar pasokan tenaga listrik dapat berlangsung kontinyu meskipun ada gangguan pasokan dari PLN. Generator digunakan arus bolak-balik dengan pertimbangan tenaga listrik cukup besar, tegangan dapat dinaikkan atau diturunkan sesuai kebutuhan menggunakan transformer. Kebutuhan listrik di pabrik ini meliputi keperluan proses, utilitas, rumah tangga, laboratorium, perkantoran dengan jumlah total kebutuhan 462,85 kW dan kebutuhan spesifik sebesar 1,222 kWh/kg produk.
AC generator
Jumlah
1 buah
Kapasitas, kW
Tegangan, Volt
Bahan bakar
Solar