TUGAS AKHIR - Prarancangan Pabrik Asam Benzoat dari Toluen dan Udara Dengan Proses Oksidasi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun
PRARANCANGAN PABRIK ASAM BENZOAT DARI TOLUEN DAN UDARA DENGAN PROSES OKSIDASI
KAPASITAS 35.000 TON/TAHUN
Disusun Oleh :
1. Ester Volina Kim
( I 0508039 )
2. Merry Erlinda Christanti
( I 0508055 )
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan sebab oleh kasih karunia-Nya saja penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Asam Benzoat dari Toluen dan Udara dengan Proses Oksidasi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun” ini.
Adapun selama proses penyusunan laporan ini, penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan materi maupun moral dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.
2. Dwi Ardiana S., S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Inayati, S.T., M.T., Ph. D. selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam proses pengerjaan tugas akhir.
3. Inayati, S.T., M.T., Ph. D. selaku Pembimbing Akademik.
4. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS.
5. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya.
6. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan 08. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini tidak sempurna. Oleh
karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun para pembaca sekalian.
Surakarta, Juli 2012
Penulis
Ester Volina Kim dan Merry Erlinda C., 2012, Prarancangan Pabrik Asam Benzoat dari Toluen dan Udara dengan Proses Oksidasi Kapasitas 35.000 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Asam benzoat merupakan senyawa kimia organik produk industri kimia yang dapat menjadi bahan baku untuk industri kimia lain, misalnya: bahan pengawet makanan, dalam farmasi sebagai antiseptik, bahan pembuatan fenol, kaprolaktam, glikol benzoat, sodium dan potasium benzoat. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik asam benzoat dengan kapasitas 35.000 ton/tahun dengan bahan baku toluen 29.494,79 ton/tahun dan udara 65.000,56 ton/tahun. Lokasi pabrik yang dipilih adalah di kawasan industri Tuban, Jawa Timur.
Peralatan proses yang ada antara lain reaktor, dekanter, menara distilasi, kristalizer, filter, dryer . Asam benzoat dihasilkan dari reaksi oksidasi toluen dalam reaktor bubble column pada kondisi isotermal non adiabatik pada suhu 160
C dan tekanan 7 atm; konversi yang diperoleh sebesar 50 %. Reaksi menghasilkan asam benzoat dan benzaldehid. Asam benzoat dikristalkan sampai kemurnian 99,8% dan benzaldehid dipekatkan hingga kemurnian 98 %.
Unit pendukung proses pabrik meliputi unit pengadaan air pendingin sebanyak 34.666,09 kg/jam, unit pengadaan air konsumsi umum dan sanitasi sebanyak 459,92 kg/jam, unit pengadaan steam sebanyak 820,34 kg/jam, udara
tekan sebanyak 100 m 3 /jam, tenaga listrik sebesar 469,70 kW, bahan bakar solar
sebanyak 103,08 L/jam. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk.
Perusahaan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff . Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift.
Hasil analisis ekonomi terhadap prarancangan pabrik asam benzoat diperoleh modal tetap sebesar Rp. 102.490.185.403 dan modal kerjanya sebesar Rp. 150.652.583,467. Biaya produksi total per tahun sebesar Rp. 435.024.549.956. Hasil analisis kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 105,25% dan setelah pajak 78,94%, POT sebelum pajak 0,88 tahun dan setelah pajak 1,15 tahun, BEP 49,96%, SDP 27,91% dan DCF sebesar 40,10%. Berdasar analisis ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik asam benzoat dengan kapasitas 35.000 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.
6.4.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) ............................ 122
6.4.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) .............................. 122
6.5 General Expense (GE) ........................................................... 123
6.6 Keuntungan Produksi ............................................................. 123
6.7 Analisa Kelayakan ................................................................. 124
Daftar Pustaka ................................................................................................. 128 Lampiran
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Perkembangan industri di Indonesia, khususnya industri kimia telah mengalami peningkatan baik kualitas maupun kuantitas sehingga kebutuhan akan bahan baku, bahan pembantu, maupun tenaga kerja semakin meningkat seiring dengan berjalannya waktu.
Dengan melihat kenyataan tersebut, industri asam benzoat memiliki prospek ke depan yang cerah. Hal ini karena asam benzoat merupakan senyawa kimia organik produk industri kimia yang dapat menjadi bahan baku untuk industri kimia lain seperti industri makanan, farmasi, dan lain - lain. Kegunaan asam benzoat antara lain sebagai bahan pengawet makanan, dalam farmasi sebagai antiseptik, bahan pembuatan fenol, kaprolaktam, glikol benzoat, sodium dan potasium benzoat.
Asam benzoat terdapat di alam dalam bentuk turunan seperti garam, ester dan amida. Getah benzoin (styrax benzoin) mengandung 20% asam benzoat atau kombinasinya yang dapat dipecah dengan pemanasan. Resin Acaroid (Xanthorrhoca haslilis) mengandung 4,5–7% asam benzoat. Sejumlah kecil terdapat pada kelenjar bau dari berang-berang, kulit kayu cherry, berry, prem, cengkeh matang dan minyak biji adas. Balsam dari Peru dan Tolu mengandung Asam benzoat terdapat di alam dalam bentuk turunan seperti garam, ester dan amida. Getah benzoin (styrax benzoin) mengandung 20% asam benzoat atau kombinasinya yang dapat dipecah dengan pemanasan. Resin Acaroid (Xanthorrhoca haslilis) mengandung 4,5–7% asam benzoat. Sejumlah kecil terdapat pada kelenjar bau dari berang-berang, kulit kayu cherry, berry, prem, cengkeh matang dan minyak biji adas. Balsam dari Peru dan Tolu mengandung
Pada saat ini kebutuhan asam benzoat di Indonesia sebagian besar diimpor dari negara – negara lain seperti: Cina, Hongkong, USA, Belanda, Jepang,
Perancis dan Jerman. Kebutuhan bahan baku merupakan faktor penting yang menentukan kelangsungan produksi. Toluena dan oksigen merupakan bahan baku dalam pembuatan asam benzoat ini. Oksigen terdapat bebas di udara dan kebutuhan toluena di Indonesia dipenuhi oleh PT Trans Pacific Petrochemical Indotama, Tuban Jawa Timur dengan kapasitas produksi 100.000 ton/tahun.
Kebutuhan dunia akan asam benzoat setiap tahun mengalami kenaikan sebesar 2% per tahun (Kirk & Othmer, 1989). Dengan demikian, peluang pasar asam benzoat masih luas dan dapat diperebutkan.
Dengan pertimbangan-pertimbangan tersebut maka direncanakan pendirian pabrik asam benzoat di Indonesia untuk memenuhi kebutuhan pasar dalam negeri.
1.2. Kapasitas Perancangan
Dalam perancangan kapasitas rancangan pabrik asam benzoat ada beberapa pertimbangan ;
a. Kebutuhan asam benzoat dalam negeri
Sebagian besar kebutuhan asam benzoat di Indonesia selama ini dipenuhi oleh impor. Berdasarkan volume keseluruhan Indonesia mengimpor sebesar 7.269,02 ton/tahun pada tahun 2011 (tabel 1.1) dari berbagai negara.
Tabel 1.1 Kebutuhan Asam Benzoat di Indonesia berdasarkan Data Impor
(www.bps.go.id)
Tahun
Jumlah (Ton)
b. Ketersediaan bahan baku Bahan baku berupa toluen dibeli dari PT. Trans Pasific Petrochemical Indotama yang memiliki kapasitas sebesar 100.000 ton/tahun dan oksigen terdapat bebas di udara. Kebutuhan katalis cobalt acetate dibeli dari American Elements.
c. Kapasitas minimal (skala komersial) Daftar pabrik asam benzoat yang terdapat di Amerika Utara disajikan dalam Tabel 1.2 sebagai berikut: Tabel 1.2 Daftar Pabrik Asam Benzoat di Amerika Utara
(Kirk & Othmer, 1998)
Pabrik
Kapasitas (Ton/ tahun)
Kalama Chemical
Chatterton Petrochemical
Velsicol Chemical
Gambar I.1 Data Impor Asam Benzoat di Indonesia Tahun 2006 – 2011 Dari regresi linier terhadap data impor asam benzoat didapatkan persamaan empiric seperti terlihat pada persamaan (I-1) :
y = 451,1 x + 900430
(I-1) Berdasarkan persamaan dapat diperoleh bahwa kebutuhan impor asam benzoat di Indonesia pada tahun 2017 diperkirakan mencapai 8.987,60 ton/tahun. Dari pertimbangan di atas maka pemilihan kapasitas produksi yang diambil adalah berdasarkan kapasitas minimal skala komersial pabrik yang telah berdiri, yaitu
y = 451,1x - 900430 R² = 0,913
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Ju
lah
on
Tahun
Grafik Impor Asam Benzoat
kapasitas tersebut telah layak berdiri dan menghasilkan keuntungan. Kapasitas ini digunakan untuk mencukupi kebutuhan dalam negeri, mengurangi ketergantungan impor serta diekspor. Asam Benzoat akan diekspor ke Negara India, China, Jepang, dan Thailand dengan data impor Negara tersebut dapat dilihat di tabel 1.3
Tabel 1.3 Data Impor Asam Benzoat di Beberapa Negara
(www.bps.go.id)
Negara
Kapasitas (Ton/Tahun)
India
China
Jepang
Thailand
Jumlah
1.3. Lokasi
Lokasi suatu pabrik mempengaruhi keberhasilan tercapainya tujuan pendirian. Lokasi suatu pabrik hendaknya pada suatu daerah yang sedemikian sehingga biaya produksi dan distribusi seminimal mungkin. Pabrik asam benzoat direncanakan akan didirikan di daerah Tuban, provinsi Jawa Timur dengan pertimbangan sebagai berikut:
a. Ketersediaan bahan baku Bahan baku yang digunakan adalah toluene yang berasal dari PT Trans Pasific Petrochemical Indotama yang berlokasi di Tuban.
b. Tempat pemasaran Daerah Tuban merupakan daerah yang strategis untuk pendirian suatu pabik karena dekat dengan kawasan industri, pabrik makanan, dan farmasi yang b. Tempat pemasaran Daerah Tuban merupakan daerah yang strategis untuk pendirian suatu pabik karena dekat dengan kawasan industri, pabrik makanan, dan farmasi yang
d. Keadaan geografis Daerah Tuban berada dalam daerah yang beriklim tropis, sehingga cuaca dan iklim relatif stabil. Begitu pula keadaan tanah yang relatif stabil.
e. Regulasi dan perijinan Karena terletak dalam daerah industri, maka segala macam perijinan menjadi lebih mudah. Adanya dorongan dari pemerintah daerah dalam pengembangan industri juga diharapkan dapat memberikan keuntungan tersendiri.
f. Ketersediaan sarana pendukung Fasilitas pendukung berupa air, energi, dan bahan bakar tersedia cukup memadai. Kebutuhan utilitas dapat dipenuhi oleh perusahaan penyedia jasa pemenuhan kebutuhan utilitas. Kebutuhan tenaga listrik dipenuhi oleh P.T. PLN yang jalurnya terdapat di kawasan ini dan air dapat diambil dari air sungai.
g. Ketersediaan tenaga kerja Tenaga kerja baik tenaga biasa sampai tenaga ahli dalam jumlah yang cukup.
Gambar I.2 Lokasi Pabrik Asam Benzoat
I.4. Tinjauan Pustaka
I.4.1. Pemilihan Proses
Asam benzoat C 6 H 5 COOH merupakan senyawa kimia organik golongan asam karboksiklik aromatis. Asam benzoat pertama kali digambarkan tahun 1618 oleh fisikawan Perancis, dan strukturnya digambarkan oleh Wohler dan Liebig (1932). Asam benzoat berbentuk kristal monoklin berwarna putih.
Ada tiga macam proses yang telah dikembangkan untuk pembuatan asam benzoat dengan bahan baku yang berbeda, yaitu:
1. Proses Dekarboksilat Phtalat Anhidrat Reaksi : C 6 H 4 (CO) 2 O+H 2 O C 6 H 5 COOH + CO 2 (I-2) Dalam proses ini phtalat anhidrat mengalami dekarboksilasi setelah 1. Proses Dekarboksilat Phtalat Anhidrat Reaksi : C 6 H 4 (CO) 2 O+H 2 O C 6 H 5 COOH + CO 2 (I-2) Dalam proses ini phtalat anhidrat mengalami dekarboksilasi setelah
dalam reaktor dipanaskan sampai diatas suhu 200 o
C. kemudian steam diinjeksikan
sambil dilakukan pengadukan pada reaktor agar steam terdispersi merata. Untuk 100 bagian phtalat anhidrid diperlukan steam dengan rata 2-20 bagian/jam. Karena reaksi bersifat eksotermis, maka diperlukan reflux kondensor untuk mengembalikan air, asam phtalat dan asam benzoat yang terbentuk. Gas yang
keluar dari kondensor sebagian besar terdiri dari CO 2 dan sisanya adalah uap air
dan asam benzoat. Reaksi ini berlangsung beberapa saat, sampai kandungan phtalat anhidrid kurang dari 5%. Asam benzoat yang diperoleh selanjutnya dipisahkan dengan cara destilasi. Hasil yang diperoleh pada proses ini sebesar 80
– 85% dari phtalat anhidrid yang ada.
2. Proses klorinasi toluen Pembuatan asam benzoat dari reaksi klorinasi toluen. Kondisi reaktan toluen berupa cairan dan gas (pada reaktor-01) untuk berupa cairan (pada reaktor- 02). Reaksi :
C 6 H 5 CH 3 + 3 Cl 2 C 6 H 5 CCl 3 + 3 HCl
(I-3)
C 6 H 5 CH 3 +2H 2 O
C 6 H 5 COOH+ 3 HCl
(I-4) (Faith, et. all., 1975) Toluen diklorinasi dengan bantuan sinar matahari pada suhu 100-150 o C
menghasilkan benzo-triklorid kasar. Sebagian kecil alkali dapat ditambah pada hasil reaksi untuk menetralkan sebagaian sisa HCl yang bisa diabsorbsi dalam air untuk menghasilkan asam hidroklorid benzo-triklorid dan katalisator yang telah dimurnikan kemudian diumpankan pada hidrolisis tingkat I yang beraksi dengan asam benzoat membentuk benzo-triklorid. Penghidrolisis II dibagi menjadi 2 aliran yang satu dikembalikan ke hidrolisator untuk menghasilkan benzo-triklorid yang lebih banyak dan yang satu dimurnikan atau untuk membuat natrium benzoat. Asam benzoat yang dihasilkan sebesar 74-80% berat muatan benzotriklorid.
3. Proses oksidasi toluen Bahan baku yang digunakan adalah toluen, dimana toluen dioksidasi menggunakan udara (oksigen dalam udara) dan ditambahkan katalis Cobalt atau
Mangaan. Proses dijalankan pada suhu 150 o C-250 o
C dan tekanan 5,5 atm. Konversi toluen dikontrol 50% dan yield yang dihasilkan adalah 90%. Reaksi :
C 6 H 5 CH 3 + 3/2 O 2 C 6 H 5 COOH + H 2 O
(I-5) (Mc Ketta, 1977)
Tabel 1.4 Perbandingan Tiga Macam Proses untuk Pembuatan Asam Benzoat
( Mc Ketta,1977)
Tinjauan
Proses Dekarboksilat Phtalat Anhidrat
Proses Klorinasi Toluen
Proses Oksidasi Toluen
Katalis
Sodium dikromat
SnCl 2 Cobalt/ Mangan Kondisi operasi
T > 200 o C P = 3 atm
T=100 o C-150 o C P= 75 psia
T=150 o C-250 o C P= 4,4-11,2 atm
Yield/ konversi
Konversi= 94 %
Yield=75-80 %
Yield=90 % Konversi=50 %
Proses
Memerlukan katalis dalam jumlah yang besar agar reaksi berjalan sempurna
Bersifat korosif karena menghasilkan HCl
Lebih sederhana karena bahan baku murah
Dengan melihat perbandingan keempat proses di atas, maka pada perancangan pabrik asam benzoat ini dipilih proses oksidasi toluen dengan pertimbangan:
1. Proses lebih sederhana dibandingkan dengan proses dekarboksilat phtalat anhidrat dan klorinasi toluen karena berjalan pada tekanan dan suhu tidak terlalu tinggi dan bahan baku murah.
2. Tidak menghasilkan klorin, karena dalam prosesnya tidak menggunakan senyawa klorin.
1.4.2. Kegunaan Produk
Asam benzoat secara komersil digunakan pada berbagai macam industri, di antaranya :
a. Digunakan pada industri makanan, yaitu pengawet makanan (misal : a. Digunakan pada industri makanan, yaitu pengawet makanan (misal :
c. Pada industri kosmetik sebagai flavouring agent (misal : untuk bahan pembuatan pasta gigi, dll.)
d. Sebagai bahan baku pembuatan plastik
e. Pada industri pertanian sebagai bahan dasar pembuatan senyawa benzoat
(herbisida yang berfungsi untuk sebagai kontrol tumbuhnya tanaman)
f. Sebagai bahan intermediet pada pewarna, benzyl benzoat, cinamic acid
g. Sebagai bahan baku industri phenyl prophyl alcohol, phenyl aceton, sodium derivate, dll. (Kirk Othmer, 1982).
I.4.3 Tinjauan Proses secara Umum
Pembuatan asam benzoat dari reaksi oksidasi toluen. Kondisi reaktan toluen berupa cairan dan gas untuk udara. Reaksi :
C 6 H 5 CH 3 + 3/2 O 2 C 6 H 5 COOH + H 2 O
(I-6) Reaksi ini terjadi dalam reaktor gelembung yang beroperasi pada suhu 150- 250°C dan tekanan 4,4-11,2 atm. Toluen dan katalis cobalt acetate dialirkan ke dalam reaktor lewat atas, bersamaan dengan itu dialirkan udara dari kompresor
Oksigen dari udara adalah pengoksidasi paling murah, tetapi sulit dikontrol. Pada kondisi suhu dan tekanan lingkungan, oksigen dapat direaksikan dengan bahan organik, tetapi kecepatan reaksi sangat lambat. Untuk mempercepat reaksi, perlu penambahan katalis, menaikkan suhu operasi atau dengan melakukan keduanya. Pada reaksi fase cair, katalis dilarutkan secara sempurna untuk memastikan kontak dengan gelembung udara yang mengandung oksigen yang digelembungkan ke dalam cairan yang mengalami oksidasi.
Setelah konversi reaksi 50% dicapai, campuran reaksi masuk ke dalam flash drum , dekanter (untuk memisahkan katalis dan air dari toluen yang tidak bereaksi, asam benzoat dan benzaldehid) dan menara distilasi, dimana hasil atas menara distilasi yang berupa toluen yang tidak bereaksi dikembalikan ke reaktor. Sedangkan hasil bawah menara distilasi dialirkan ke kristaliser untuk memperoleh kristal asam benzoat (Mc Ketta, 1977).
I.4.4. Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk Bahan Baku
1. Toluen
Sifat Fisis : Massa Molar
: 92,14 gr/mol Temperatur leleh normal
: 178,15 K
Titik didih normal
: 383,15 K
Tekanan kritis : 4,108 MPa Temperatur kritis
: 591,8 K
Volume kritis : 0,316 L/mol Faktor kompresibilitas kritis
Viskositas : 0,548 mPa.s (cPa) Panas pembentukan
: 50,17 kJ/mol Panas penguapan
: 33,59 kJ/mol Panas pembakaran
: -3734 kJ/mol (Kirk & Othmer, 1989) Kelarutan dalam air
(Perry, 1984) Sifat Kimia Reaksi hidrogenasi, dengan katalis nikel, platinum atau paladium
dapat menjenuhkan cincin aromatik sebagian maupun keseluruhan, menghasilkan benzena, metana dan bifenil.
Reaksi oksidasi, dengan katalis kobalt, mangan atau bromida pada
fase cair menghasilkan asam benzoat.
C 6 H 5 CH 3 + 3/2 O 2 C 6 H 5 COOH + H 2 O
Reaksi substitusi oleh metil, pada temperatur tinggi dan reaksi
radikal bebas. Klorinasi pada 100 o
C atau dengan ultraviolet
Br/Co/Mn
Reaksi substitusi oleh logam alkali menghasilkan normal-propil
benzena, 3- fenil pentana, dan 3-etil-3-fenil pentana.
(Kirk & Othmer, 1989)
2. Udara
Sifat fisis udara disajikan pada Tabel 1.4 sebagai berikut:
Tabel 1.5 Sifat Fisis Udara (Perry, 1984) Sifat gas
Berat molekul
Kenampakan
Gas Tidak berwarna
Tidak berbau
Gas Tidak berwarna Tidak berbau
Spesific gravity
Melting point, o C -209,86
Boiling point, o C -195,8
Temperatur kritis, K
Tekanan kritis, bar
Volume kritis (cm 3 / mol)
Liquid density (gr/cm 3 )
Sifat Kimia Oksigen bereaksi dengan semua elemen kecuali dengan gas-gas seperti He, Ne, dan Rn. Reaktor biasanya diaktifkan dengan pemanasan sebelum reaksi berlangsung. Oksigen akan melepaskan elektro negatif valensi dua dalam kombinasi dengan elemen kimia lainnya. Sebagian besar elemen yang bergabung dengan oksigen dalam lebih satu rasio karena variabel valensi dalam elemen ini atau adanya struktur molekul oksigen (udara). Bahan baku yang dibakar dengan Sifat Kimia Oksigen bereaksi dengan semua elemen kecuali dengan gas-gas seperti He, Ne, dan Rn. Reaktor biasanya diaktifkan dengan pemanasan sebelum reaksi berlangsung. Oksigen akan melepaskan elektro negatif valensi dua dalam kombinasi dengan elemen kimia lainnya. Sebagian besar elemen yang bergabung dengan oksigen dalam lebih satu rasio karena variabel valensi dalam elemen ini atau adanya struktur molekul oksigen (udara). Bahan baku yang dibakar dengan
3. Cobalt asetat (Co(C 2 H 3 O 2 )2.4H 2 O)
Berfungsi sebagai katalis
Berat Molekul
: 249,09 kg/kmol
Densitas
: 1,7755 g/cm 3
Kelarutan dalam air
: larut sempurna
Warna
: merah bata
Titik leleh
: 140 o C dengan melepas air
kristal (www.americanelemens.com)
Produk
1. Asam Benzoat
Sifat Fisis : Berat molekul
: 122,124 kg/kmol
Densitas (padat)
: 1316 kg/m 3
Viskositas
: 1,26 cp
Titik didih
: 522,4 o K
Titik Lebur
: 395,52 o K
Temperatur kritis
: 751 o K
Panas penguapan
: 50,63 kJ/mol
Panas pembentukan
: -385 kJ/mol
Panas pembakaran
: 3227 kJ/mol
(Kirk & Othmer, 1989) Kelarutan dalam air
(Perry, 1984) Sifat Kimia :
Asam benzoat mempunyai cincin dengan letak meta, sehingga dapat untuk reaksi substitusi lebih lanjut. Reaksi cincin yang terjadi
adalah sulfonasi, nitrasi dan klorinasi, tetapi agak sulit pada deaktivasi cincin karena adanya gugus karboksil. Deaktivasi dapat dilakukan dengan katalis atau dengan menaikkan suhu.
Hidrogenasi asam benzoat menjadi kaprolaktam dengan katalis
nikel dan direaksikan dengan NOHSO 4.
Oksidasi asam benzoat menjadi fenol dengan katalis tembaga. Reduksi cincin asam benzoat membentuk asam karboksilat siklis
dan kaprolaktam sebagai intermediet, yang digunakan pada pembuatan nilon. Dengan pemilihan katalis dan kondisi operasi, reduksi asam benzoat pada gugus karboksil dapat membentuk benzil alkohol.
Garam potassium dari asam benzoat direaksikan dengan CO 2 pada kenaikan suhu dan tekanan dapat membentuk asam terepthalat.
2. Benzaldehid
Sifat Fisis : Berat molekul
: 106,124 kg/kmol
Densitas
: 1046 kg/m 3
Viskositas
: 1,321 cp
Titik didih
: 451,9 K
Titik lebur
: 247,15 K
Temperatur kritis
: 695 K
Tekanan kritis
: 4,65 MPa
Volume kritis
: 324 cm 3 /mol
Panas penguapan
: 42,13 kJ/mol
(Kirk & Othmer, 1989) Kelarutan dalam air
(Perry, 1984) Sifat Kimia :
Reaksi oksidasi membentuk asam benzoat. Substitusi hidrogen dengan klorin membentuk benzoil klorida. Kondensasi benzaldehid dengan katalis logam alkali sianida
membentuk benzoin. Hidrogenasi karbonil menghasilkan benzil alkohol.
Substitusi cincin misalnya sulfonasi dan nitrasi dapat berpengaruh, tanpa merusak gugus karbonil. Substitusi meta terjadi bila ada
BAB II DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku
1. Toluen (C 6 H 5 CH 3 )
: tidak berwarna
Berat molekul
: 92,141 kg/kmol
(PT. TPPI, 2011)
2. Udara Komposisi
: 21% mol O 2 dan 79% mol N 2
Berat molekul
: 28,86 kg/kmol
Kelembaban relative
Kelembaban absolute
: 0,018 kg H 2 O/kg udara kering (www.earthfact.com)
3. Cobalt asetat (Co(C 2 H 3 O 2 ) 2 .4H 2 O)
Warna
: merah bata
Bau
: seperti cuka
Kemurnian
Berat molekul
: 249,09 kg/kmol
Kelarutan
: larut dalam air dan asam (Shanghai Aidu Industrial Co.,Ltd, 2011)
2.1.2 Spesifikasi Produk
1. Asam Benzoat (C 6 H 5 COOH)
Bentuk
: padat (Kristal)
: tidak berbau
Kemurnian
: minimal 99%
Berat molekul
: 122,124 kg/kmol
(www.alibaba.com)
2. Benzaldehid (C 6 H 5 COH)
: tidak berwarna
Berat molekul
: 106,124 kg/kmol
(www.alibaba.com)
2.2 Konsep Proses
2.2.1 Dasar Reaksi
Asam benzoat diproduksi dari oksidasi toluen dan udara dengan katalis cobalt acetate.
Reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:
C 6 H 5 CH 3 + 3/2 O 2 6 C H 5 COOH + H 2 O
(2-1) ( ∆H R , 298 ) sebesar -247,2 kkal/mol (Mc Ketta, 1977)
Proses produksi asam benzoat dengan osidasi toluen menurut banyak penelitian merupakan oksidasi fase cair dari aryl-aryl hidrokarbon, tergantung penggunaan katalis logam, promoter, pelarut serta kondisi reaksi (suhu dan tekanan). Dari semua percobaan, disimpulkan teori bahwa proses oksidasi dilakukan dengan mekanisme radikal bebas dan produk awal oksidasi adalah hidrogen peroksida. Usulan langkah hidroperoksida : Inisiasi
C 6 H 5 CH 3 +O 2 6 C H 5 CH 2 OOH (2-2)
C 6 H 5 CH 2 OOH + Co 2+
6 C H 5 CH 2 O* + OH - + Co 3+ (2-3)
C 6 H 5 CH 2 OOH + Co 3+
6 C H 5 CH 2 OO* + H + +Co 2+ (2-4) Propagasi
C 6 H 5 CH 2 OO* + C 6 H 5 CH 3 6 C H 5 CH 3 OOH + C 6 H 5 CH 2 * (2-5)
C 6 H 5 CH 2 *+O 2 6 C H 5 CH 2 OO* (2-6) Pembentukan produk
C 6 H 5 CH 2 OOH +Co 2+
6 C H 5 CH 2 O* + OH - + Co 3+
(2-7)
C 6 H 5 CH 2 O* + OH -
6 C H 5 CHO + H 2 O
(2-8)
(Benzaldehid)
C 5 H 5 C=O + O 2 6 C H 5 C=O (2-10)
OO*
C 6 H 5 C=O + C 6 H 5 CHO C 6 H 5 C=O + C 6 H 5 C=O (2-11)
OO*
OOH
C 6 H 5 C=O + C 6 H 5 CHO C 6 H 5 COOH (2-12)
OOH
(asam benzoat)
Radikal bebas benziloksi terbentuk pada reaksi (2-3), tetapi dekomposisi hidroperoksida diyakini menurun karena energi yang dibutuhkan untuk memecah ikatan O-O peroksida (30 sampai 40 kkal/mol). Sulit untuk menentukan benzil alkohol bebas karena kondisi oksidasi yang menyebabkan bereaksi engan asam benzoat dan membentuk benzil benzoat dengan esterifikasi ( Mc Ketta,1977).
2.2.2 Kondisi Operasi
Proses pembuatan asam benzoat dari bahan baku toluen dan udara dijalankan pada suhu 160 o
C dan tekanan 7 atm. Untuk mencegah bahaya peledakan maka :
1. Dalam reaktor toluen berbentuk cair
2. Suhu lebih dari 20-30 o
C dari suhu kritis campuran bahan yang dapat meledak, yaitu 60 o 2 atm, 125 o 10 atm atau 170 o 20 atm Reaksi oksidasi pembentukan asam benzoat merupakan reaksi yang bersifat irreversible dan eksotermis, karena itu reaktor dilengkapi dengan jaket C dari suhu kritis campuran bahan yang dapat meledak, yaitu 60 o 2 atm, 125 o 10 atm atau 170 o 20 atm Reaksi oksidasi pembentukan asam benzoat merupakan reaksi yang bersifat irreversible dan eksotermis, karena itu reaktor dilengkapi dengan jaket
2.2.3 Tinjauan Kinetika Reaksi
Reaksi oksidasi toluen berlangsung pada fase cair. Reaksi ini menghasilkan asam benzoat sebagai produk utama dan benzaldehid sebagai produk samping. Reaksi yang terjadi adalah :
C 6 H 5 CH 3 + O 2 6 C H 5 COH +H 2 O
C 6 H 5 COH + 1/2 O 2 6 C H 5 COOH
Atau dapat disederhanakan menjadi :
C 6 H 5 CH 3 + 3/2 O 2 6 C H 5 COOH + H 2 O (2-13)
-r = k [O2] [CH3]
(2-14) (2-15)
E = 57,35 kJ/mol = 13700,43 kKal/kmol
A = 53,34 m 3 /(mol.s)
R = 1,9870 kKal/kmol K (Tang S. and Liang B., 2007)
2.2.4 Tinjauan Termodinamika
Reaksi oksidasi toluene merupakan reaksi eksotermis. Dapat dilihat dari nilai ∆H negatif.
R.T
Reaksi :
1. C 6 H 5 CH 3 + O 2 C 6 H 5 COH + H 2 O
2. C 6 H 5 COH + ½ O 2 C 6 H 5 COOH
Reaksi dapat disederhanakan menjadi,
C 6 H 5 CH 3 + 3/2 O 2 6 C H 5 COOH +H 2 O Jika ditinjau dari segi termodinamika, harga ∆G f,298 masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada table 2.1, sebagai berikut :
Tabel 2.1 Harga ∆G o f,298 Masing-Masing Komponen (Yaws, 1999)
Komponen
Harga ∆G f,298 (kJ/kmol)
Toluen
Oksigen Asam Benzoat
∆G f,298 = ∆G f,298 produk - ∆G f,298 reaktan (2-16)
=( ∆G f,298 asam benzoat + ∆G f,298 air) –
( ∆G f,298 toluen + ∆G f,298 oksigen) = (-210.550 + (-228.590)) – (122.200 + 0) = -621.340 kJ/kmol
Ln Ko
(2-17)
621.340 kJ/ kmol
kJ kmol. K
× 298,15 K
= 250,660 Ko
= 7,246.10 108 kJ/kmol
Ln
K Ko
- ∆H r,298
(2-18)
Dengan, K
= konstanta kesetimbangan pada suhu tertentu
= suhu tertentu ∆H r , 298 = panas reaksi standar pada 298,15 K Sedangkan harga ∆H f,298 masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada table 2.2.
Tabel 2.2 Harga ∆H f,298 Masing-Masing Komponen (Smith van Ness, 2001)
Komponen
Harga ∆H f,298 (kJ/kmol)
Toluen
Oksigen Asam Benzoat
1. ΔH 0 r ,298 (benzaldehid)
= ΔH 0 produk - ΔH 0 reaktan
= (-36.800 + (-241.814)) – (50.170 + 0) = -292.021 kJ/kmol
2. ΔH 0 r ,298 (asam benzoat) = ΔH 0 produk - ΔH 0 reaktan = (-290.400) – (-36,800 + 0) = -290.363 kJ/kmol
Sehingga, ΔH 0 r ,298 =( ΔH 0 r,298 (benzaldehid) * 0,1) + ( ΔH 0 r,298 (asam benzoat) * 0,9)
= (-292.021 kJ/kmol *0,1) + (-290.363 kJ/kmol * 0,9) = -290.529 kJ/kmol C 7 H 8
Pada suhu 160 o C (433,15 K) besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut
Ln
K Ko
− ∆H r ,298
Ln
K 7,246.10 108
- 290.529 kJ/kmol
8,314
kJ kmol.K
1 433,15 K -
1 298,15 K
K = 3,28 .10 90 kJ/kmol
Karena harga K = k 1 /k 2 besar, berarti harga k 2 jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan harga k 1 sehingga k 2 diabaikan terhadap k 1 dan reaksi dianggap berjalan satu arah (irreversible).
2.3. Langkah Proses
2.3.1. Diagram Alir Proses
1. Diagram alir kualitatif dapat dilihat pada gambar 2.1
2. Diagram alir kuantitatif dapat dilihat pada gambar 2.2
3. Diagram alir lengkap dapat dilihat pada gambar 2.3
2.4. Tahapan Proses
Proses produksi asam benzoat melalui beberapa unit proses :
1. Unit penyiapan bahan baku
2. Unit reaksi
3. Unit pemurnian produk Penjelasan berdasarkan gambar 2.1 mengenai masing-masing tahapan adalah sebagai berikut :
1. Unit Penyiapan Bahan Baku
a. Unit penyiapan toluen
Toluen cair dialirkan dari tangki penyimpan T-01 (30 o
C, 1 atm) menuju reaktor (R) dengan pompa (P-01).
b. Unit penyiapan oksigen/udara Udara dari lingkungan yang telah disaring dengan filter udara dikompresikan dengan kompresor. Udara yang telah dikondisikan tekanan dan suhunya yaitu pada tekanan 7 atm dari kompresor dan suhu 253,29 o
C kemudian digelembungkan dalam reaktor.
c. Tangki penyiapan katalis (cobalt acetate)
Katalis cair dialirkan dari tangki penyimpan T-03 (30 o
C, 1 atm) menuju reaktor (R).
2. Unit Reaksi
Reaksi oksidasi toluen fase cair dilakukan di dalam reaktor gelembung (bubble reactor) R pada tekanan 7 atm dan suhu 160 o
C. Di dalam reaktor
terjadi reaksi oksidasi toluen menjadi asam benzoat dan benzaldehid. Reaksi terjadi reaksi oksidasi toluen menjadi asam benzoat dan benzaldehid. Reaksi
Hasil atas reaktor yang berupa udara sisa dibuang ke lingkungan. Sedangkan hasil bawah reaktor berupa asam benzoat, benzaldehid, sisa toluen, air dan katalis diumpankan ke unit pemurnian produk.
3. Unit Pemurnian Produk
Produk reaktor yang berupa cairan yang terdiri atas asam benzoat, benzaldehid, sisa toluen, air dan katalis kemudian diturunkan tekanannya dari
7 atm menjadi 3 atm menggunakan throttling valve dan didinginkan dengan
heat exchanger (E-09), suhu turun menjadi 130 o
C. Hasil bawah reaktor yang
berupa asam benzoat, toluen, benzaldehid, air, katalis diumpankan ke dekanter dengan pompa (P-01) untuk memisahkan air dan katalis dari asam benzoat, toluen, dan benzaldehid. Kemudian hasil bawah dekanter di panaskan dengan
heat exchanger (E-05) hingga suhu 187,39 o
C dan diumpankan ke MD-01
untuk memisahkan toluen dari asam benzoat dan benzaldehid. Hasil atas MD-
01 yang sebagian besar adalah toluen di recycle ke reaktor, sedangkan hasil bawah MD-01 diumpankan ke kristalizer (CR). Sebelum masuk ke kristalizer,
keluaran MD-01(282,58 o
C) dicampur dengan hasil bawah MD-02 (247,74 o C ) sehingga suhunya menjadi 278,87 o
C dan diumpankan ke dalam E-08 hingga mencapai suhu 245,78 o
C, setelah itu keluaran E-08 diturunkan tekanannya
menjadi 1 atm dengan ekspansion valve hingga suhunya mencapai 237,51 o C.
Suhu kristalisasi asam benzoat adalah 50 o
C. Kristal asam benzoat dan Mother
liquor diumpankan ke filter (F) dan dicuci dengan air. Mother liquor (35,84
C) yang telah dipisahkan dari kristal asam benzoat diumpankan ke E-06 untuk memenuhi kondisi MD-02 (283,09 o C). Hasil atas MD-02 (176,90 o C) merupakan produk benzaldehid yang akan disimpan dalam T-02. Hasil bawah
MD-02 (247,74 o
C) di recycle ke kristalizer. Kristal asam benzoat yang
terbentuk dialirkan menuju rotary dryer (RD), menggunakan belt conveyor. Di dalam RD terjadi proses pengeringan menggunakan udara panas dengan
temperatur 90 o
C hingga membentuk kristal asam benzoat dengan kelembapan
0,2 % berat. Selanjutnya, produk berupa kristal asam benzoat disimpan dalam silo (S).
2.5. Neraca Massa dan Neraca Panas
Produk
: Asam benzoat 99,8 % berat
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Kapasitas
: 35.000 ton/ tahun
Waktu operasi selama 1 tahun
: 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari
: 24 jam
2.5.1 Neraca Massa
Tabel 2.3 Tabel Neraca Massa Total
Arus 14 Arus 18
kg/jam
kg/jam
kg/jam
kg/jam kg/jam
C 6 H 5 COOH cr
C 6 H 5 COOH
C 6 H 5 CH 3 3.705,47
Co(C 2 H 3 O 2 ) 2 .4H 2 O
Udara panas
Tabel 2.3 Tabel Neraca Massa Total (lanjutan)
Arus 15 Arus 20 Arus 19 Arus 21
kg/jam
kg/jam
kg/jam
kg/jam
kg/jam kg/jam
C 6 H 5 COOH cr
C 6 H 5 COOH
C 6 H 5 CH 3 0,00
Co(C 2 H 3 O 2 ) 2 ,4H 2 O
0,00 0,00 Udara panas
0,00 5.685,99 0,00 Total
Tabel 2.4 Neraca Massa pada Tee-01
Tabel 2.5 Neraca Massa pada Reaktor
kg/jam
kg/jam
kg/jam
kg/jam
C 6 H 5 COOH
C 6 H 5 CH 3 7.400,51
0,00
0,00 3.700,25
Co(C 2 H 3 O 2 ) 2 .4H 2 O
kg/jam
kg/jam
kg/jam
kg/jam
C 6 H 5 COOH
C 6 H 5 CH 3 3.705,47
0,00 3.695,04 7.400,51
Co(C 2 H 3 O 2 ) 2 .4H 2 O
0,00
2,02
0,00
2,02
Total
3.724,09
2,02 3.889,51
7.615,62
7.615,62
Tabel 2.6 Neraca Massa pada Dekanter
kg/jam
kg/jam
kg/jam
C 6 H 5 COOH
C 6 H 5 CH 3 3.700,25
Co(C 2 H 3 O 2 ) 2 ,4H 2 O
Tabel 2.7 Neraca Massa pada Menara Distilasi – 01
kg/jam
kg/jam
kg/jam
C 6 H 5 COOH
C 6 H 5 CH 3 3.699,88
Tabel 2.8 Neraca Massa pada Menara Distilasi – 02
kg/jam
kg/jam
kg/jam
C 6 H 5 COOH
C 6 H 5 CH 3 4,84
Total
Tabel 2.9 Neraca Massa pada Tee-02
Tabel 2.10 Neraca Massa pada Kristalizer
Tabel 2.11 Neraca Massa pada Filter
kg/jam
kg/jam
kg/jam
C 6 H 5 CH 3 4,84
C 6 H 5 COOH
kg/jam
kg/jam
C 6 H 5 COOH (kristal)
C 6 H 5 CH 3 4,84
C 6 H 5 COOH
Arus 15 Arus 16
kg/jam
kg/jam
kg/jam
kg/jam kg/jam
C 6 H 5 COOH (kristal)
C 6 H 5 CH 3 4,84
C 6 H 5 COOH (mother liquor)
4.189,84 0,00 Total
Tabel 2.12 Neraca Massa pada Dryer
kg/jam
kg/jam
kg/jam
kg/jam
C 6 H 5 COOH (kristal)
C 6 H 5 CH 3 0,00
C 6 H 5 COOH (mother liquor)
8,84 Udara panas
0,00
5.685,99
5.685,99
0,00 Total
4.630,87
5.685,99
5.983,06
4.419,19
10.316,86
10.316,86
2.5.2. Neraca Panas
Tabel 2.13 Neraca Panas Total
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
Q arus 3 1.972.128,54
Q arus 4 974.414,98
Q arus 14 92.491,53
Q arus 18 1.859.727,66
Q arus 5 0,00
Q arus 7 0,00
Q arus 15 0,00
Q arus 19 0,00
Q arus 20 0,00
Q arus 21 0,00
Q reaksi 11.685.119,94
Q pendingin reaktor 0,00
Q pendingin kristalizer 0,00
Q Kristal 142.858,24
Q E-01 2.772.805,67
Q E-02 0,00
Q E-03 300.337,46
Q E-04 0,00
Q E-05 754.978,72
Q E-06 196.051,97
Q E-07 0,00
Q E-08 0,00
Q E-09 632.968,84
Q E-10 351.034,97
Q loss 0,00
Total
Tabel 2.14 Neraca Panas pada Tee-01
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
C 7 H 8 0,00
24.147,95 H2O
Co(CH 3 COO) 2 ,4H 2 O
Tabel 2.15 Neraca Panas pada Reaktor
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
C 7 H 8 944.663,07
C 7 H 6 O 2 0,00
Co(CH 3 COO) 2 ,4H 2 O
51,76 Panas reaksi
Tabel 2.16 Neraca Panas pada Dekanter
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
C 7 H 6 O 2 903.978,15
C 7 H 8 705.779,07
Co(CH 3 COO) 2 ,4H 2 O 40,37
Jumlah
Tabel 2.17 Neraca Panas pada Menara Distilasi – 01 Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
C 7 H 8 1.139.418,38 896.895,92
C 7 H 6 O 2 1.449.157,00
Tabel 2.18 Neraca Panas pada Menara Distilasi – 02
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
C 7 H 8 1.658,03
C 7 H 6 O 2 212.322,89
Tabel 2.19 Neraca Panas pada Tee-02
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
C 7 H 8 2.600,19
C 7 H 6 O 2 2.430.714,31
Jumlah
Tabel 2.20 Neraca Panas pada Kristalizer Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
Arus 11
Arus 13
C 7 H 8 2.043,58
C 7 H 6 O 2 2.209.083,87
Q Kristal
Q pendingin
Tabel 2.21 Neraca Panas pada Filter
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
Arus 16 Arus 17
C 7 H 8 209,89
C 7 H 6 O 2 cr 142.858,24
C 7 H 6 O 2 26.700,79
Tabel 2.22 Neraca Panas pada Rotary Dryer Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
Udara panas 1.859.727,66
Q loss
Tabel 2.23 Neraca Panas pada Heat Exchanger – 05
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
C 7 H 8 812.707,51
C 7 H 6 O 2 1.054.159,36
Q ditambahkan
Jumlah
Tabel 2.24 Neraca Panas pada Heat Exchanger – 06
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
C 7 H 8 725,20
C 7 H 6 O 2 93.796,84
Q ditambahkan
Tabel 2.25 Neraca Panas pada Heat Exchanger – 07
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
C 7 H 8 1.382,98
C 7 H 6 O 2 1.317,90
Q dilepaskan
Tabel 2.26 Neraca Panas pada Heat Exchanger – 08
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
C 7 H 8 1.923,82
C 7 H 6 O 2 1.802.522,12
Q dilepaskan
Tabel 2.27 Neraca Panas pada Heat Exchanger – 09
Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
C 7 H 8 926.989,94
C 7 H 6 O 2 1.185.222,54
Co(CH 3 COO) 2 ,4H 2 O
Q dilepaskan
Jumlah
Tabel 2.28 Neraca Panas pada Heat Exchanger – 10 Komponen
Input (kJ)
Output (kJ)
Q ditambahkan
2.6. Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses
2.6.1. Lay Out Pabrik
Lay out pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja dari para karyawan serta keselamatan proses.
Pada prarancangan pabrik ini, tata letak dari pabrik dapat dilihat pada Gambar 2.3. Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik ini adalah:
1. Pabrik merupakan pabrik baru (bukan pengembangan) sehingga penentuan lay out tidak dibatasi oleh bangunan yang ada.
2. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa mendatang.
3. Fakor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan, maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan panas, bahan yang mudah meledak dan jauh dari asap atau gas beracun.
4. Sistem konstruksi yang direncanakan adalah outdoor untuk menekan biaya bangunan dan gedung, dan juga iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secara outdoor.
5. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian pengaturan ruangan/lahan.
Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu:
1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol, merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual.
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. (Vilbrandt, 1959)
Gambar 2.4 Lay Out Pabrik
2.6.2 Lay Out 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 2.5. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pabrik, antara lain (Vilbrandt, 1959) :
1. Kelancaran aliran udara di dalam dan di sekitar peralatan proses. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja.
2. Penerangan sebuah pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses 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, alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga 5. Jarak antar alat proses, alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga
Keterangan : T-01 : Tangki toluen
MD-01 : Menara distilasi -01 T-02 : Tangki Benzaldehid
MD -02: Menara distilasi -02 R
Dc : Dekanter
F : Filter
S : Silo
RD
: Rotary dryer
Gambar 2.5 Lay Out Peralatan Proses
SPESIFIKASI PERALATAN PROSES
Fungsi : Mereaksikan toluen dengan O 2
membentuk asam benzoat
Tipe
: Bubble reactor
Jumlah
: 1 buah
Kondisi Operasi - Suhu ( o C)
- Tekanan (atm)
Material : Low-alloy steel SA-204 grade C Waktu tinggal
: 2,6 jam
Tinggi (m)
Volume (m 3 )
Perforate Plate - Susunan
: triangular pitch
- Diameter lubang (m)
- Diameter gelembung (m) : 0,004 - Jumlah lubang (buah)
: 195.052 - Luas total lubang (m 2 ) : 1,45
Spesifikasi Shell - Diameter dalam (m)
- Tebal (in)
Spesifikasi head - Bentuk
: torispherical head
- Tebal head (in)
- Tingi head (m)
Ukuran Pipa - Pipa inlet dari Tangki-01
: 2 1/2 in SN 40
- Pipa inlet dari compressor
: 12 in SN 30
- Pipa Outlet menuju Lingkungan
: 12 in SN 30
- Pipa Outlet menuju Flash Drum
Fungsi : Memisahkan asam benzoat, toluen, benzaldehid dengan katalis dan air Tipe
: Dekanter horizontal dengan head
Torispherical
Kondisi operasi - Suhu ( o C)
- Tekanan (atm)
Material : Carbon Steel SA 283 grade C
Kapasitas (m 3 )
Spesifikasi shell - Diameter dalam (m)
- Tebal (in)
- Lebar shell (m)
Tinggi pengeluaran fase ringan
: 0,58 m
Tinggi pengeluaran fase berat
: 0,30 m
Spesifikasi head - Bentuk
: torispherical head
- Tebal head (in)
- Tingi head (m)
Tinggi pemasukan umpan
: 0,92 m
Waktu tinggal
: 18,72 menit
Ukuran pipa - Umpan
: 2 1/2 in SN 40
- Produk Fase Ringan
: 3/4 in SN 40
- Produk Fase Berat
: 2 1/2 in SN 40
3.3 Menara Destilasi
3.3.1. Menara Destilasi - 01
Kode
: MD-01
Fungsi : Memisahkan toluen dari asam benzoat
dan benzaldehid
Tipe
: Sieve plate tower
Jumlah
Material : Carbon Steel SA 283 garde C P
: 3 atm
Kondisi operasi - Atas
: 162,77 o C
- Bawah
: 282,57 o C
Shell /Kolom - Diameter atas
: 0,91 m
- Diameter bawah
: 0,91 m
- Tinggi total
: 14,72 m
- Tebal shell atas
: 0,25 in
- Tebal shell bawah
: 0,3125 in
Head - Tipe
: torispherical head
- Tebal head atas
: 0,25 in
- Tebal head bawah
: 0,3125 in
Plate - Tipe
: Sieve tray
- Jumlah plate
: 18 ( tanpa reboiler)
- Plate spacing
: 0,5 m
- Plate umpan
: Plate ke 2 dari atas
3.3.2. Menara Distilasi – 02
Kode
: MD-02
Fungsi : Memisahkan benzaldehid dari toluen dan asam benzoat sehingga diperoleh
benzaldehid 98%
Tipe : Kolom bahan isian (Packing) Jumlah
Material : Carbon Steel SA 283 garde C P
: 1 atm
Kondisi operasi - Atas
: 181,08 o C
- Bawah
: 247,76 o C
Kolom - Diameter menara
: 0,41 m
- Tinggi total
: 7,16 m
- Tebal shell
: 0,1875 in
Head - Tipe
: torispherical head
- Tebal head
: 0,1875 in
- Tinggi head
: 0,12 m
Packing
- Tipe
: Ceramic raschig ring
- Tinggi packing
: 5,85 m
- Diameter packing
Fungsi : Mengkristalkan asam benzoat keluaran
Menara Distilasi-01
: Swenzon Walker
Jumlah : 1 unit besar (1 unit besar maksimum tersusun dari 4 unit kristaliser). Kondisi operasi
Panjang total
: 3,048 m
Tebal dinding
: Spiral agitator
- Kecepatan
: 70 rpm
- Daya
: 2 HP
- Diameter
: 0,6046 m
Pipa umpan masuk : ID
Schedule number
Pipa produk keluar : ID
Schedule number
Pipa pendingin masuk : ID
Schedule number : 40
Pipa pendingin keluar : ID
Schedule number
Material : Carbon Steel SA 283 grade C Jenis pendingin
: Jaket
Media pendingin
: Dowtherm A
3.5. Filter
Kode
:F
Fungsi : Memisahkan produk asam benzoat dari
mother liquor
Tipe
: Rotary drum vacuum filter
: 5.428,04 kg/jam
Kondisi Operasi - T
: 35,84 ºC
: 1 atm
Material : Carbon Steel SA 283 grade C Diameter basket
: 0,42 m
Panjang basket
: 0,83 m
Tebal cake
: 2,54 cm
Kecepatan Putar
Pipa pemasukan dan pengeluaran - Pipa inlet dari Crystalizer
: 4 in SN 40
- Pipa inlet dari utilitas
: 4 in SN 40
- Pipa outlet menuju HE-03
: 2 in SN 40
- Pipa outlet menuju UPL
: 4 in SN 40
3.6. Rotary Dryer
Kode
: RD
Fungsi : Mengurangi kadar cairan ( air ) hingga Fungsi : Mengurangi kadar cairan ( air ) hingga
: Direct contact counter current rotary
Material : Carbon Steel SA-283 Grade C Diameter
: 2,14 m
Panjang rotary
: 20,71 m
Tebal shell rotary
: 0,1875 in
Suhu Padatan - T in
Waktu tinggal padatan
: 3,26 jam
Gas Pengering
: Udara Panas
Suhu udara panas - Tin
Kecepatan putar
: 3,18 rpm
Jenis flight
- 6,90 meter pertama dari feed inlet menggunakan radial flight tanpa
lips - 6,90 meter tengah, menggunakan flight dengan 45º lips - 6,90 meter terakhir, menggunakan flight dengan 90 º lips
Tinggi flight
: 0,21 m
Offset flight
3.7.1. Storage - 01
: Menyimpan toluen selama 30 hari
Tipe : Tangki silinder vertikal, flat bottomed dan head
Kondisi operasi - T
: Carbon steel SA-283 grade C
Tebal shell
= 1,0625 in Course 4 = 1 in Course 5 = 0,875 in
Tebal head
: 0,125 in
Tinggi head
: 1,75 m
Tinggi total
: 10,90 m
3.7.2. Storage - 02
Kode
: T-02
Fungsi : Menyimpan benzaldehid selama 30 hari Tipe
: Tangki silinder vertikal, flat bottomed dan head
Kondisi operasi - T
: Carbon steel SA-283 grade C
Tebal shell
= 0,6250 in Course 3 = 0,5625 in
Tebal head
: 0,5625 in
Tinggi head
: 3,35 m
Tinggi total
: 6,51 m
Fungsi : Menyimpan asam benzoat selama 7 hari Tipe
: Tangki silinder vertikal, cone 60º bottomed Jumlah
: 1 buah
Kondisi operasi
: Carbon steel SA-283 grade C
Tebal shell
: 0,4375 in
Tebal head
: 0,4375 in
Tinggi total
: 19,34 m
3.9. Kondensor
Tabel 3.1 Spesifikasi Kondensor
Mengembunkan hasil atas MD-01
Mengembunkan hasil atas MD-02
Tipe
Double pipe
Double pipe
Luas transfer panas (ft 2 ) 63,73
61,85
Annulus - Fluida - OD (in) - Panjang (ft) - Bahan konstruksi - Pressure drop (psi) Inner pipe - Fluida
- ID (in) - Bahan konstruksi - Pressure drop (psi)
- Jumlah tube - RD dibutuhkan - RD perancangan
Hasil atas MD-01 4,5
12 Carbon steel SA 283 2,00
3,5 Carbon steel SA 283 2,92
6 0,002 0,0024
Hasil atas MD-02 2,38
12 Carbon steel SA 283 0,61
Fluida keluaran dekanter 1,38 Carbon steel SA 283 0,02
12 0,002 0,0021
3.10. Reboiler
Tabel 3.2 Spesifikasi Reboiler
Menguapkan sebagian hasil bawah MD-01
Menguapkan sebagian hasil bawah MD-02
Tipe
Kettle reboiler
Kettle reboiler
Luas transfer panas (ft 2 ) 598,58
Tube - Fluida - OD tube (in) - Panjang (ft) - Layout - Pitch (in) - Jumlah tube - Pass - Bahan konstruksi
- Pressure drop (psi) Shell - Fluida - ID shell (in) - Baffle spacing (in) - Pass
- Bahan konstruksi
- Pressure drop (psi) - RD dibutuhkan - RD perancangan
1 Stainless steel SA 167 type 304 0,004
Hasil bawah MD-01
1 Stainless steel SA 167 type 304 - 0,003 0,0031
1 Stainless steel SA 167 type 304 0,004
Hasil Bawah MD-02
1 Stainless steel SA 167 type 304 - 0,003 0,0032
3.11. Accumulator 3.11.1.Accumulator - 01
Kode
: ACC-01
Fungsi : Memisahkan fase cair dari fase gas umpan
Menara Distilasi-01
Jumlah
: 1 buah
Tipe : Horizontal drum dengan torispherical head
Material
: Carbon steel SA 283 grade C
Kondisi operasi - T
Tebal shell
: 0,25 in
Tebal head
: 0,3125 in
Panjang total
: 3,00 m
Pipa pengeluaran - IPS
Fungsi : Menampung hasil atas menara distilasi MD-02 Jumlah
: 1 buah
Tipe : Horisontal drum dengan torispherical head Material
: Carbon steel SA 283 grade C
Kondisi operasi - T
Tebal shell
: 0,1875 in
Tebal head
: 0,1875 in
Panjang total
: 1,12 m
Pipa pengeluaran - IPS
: 1 in
- OD
: 1,32 in
- ID
: 1,049 in
- SN
3.12. Heat Exchanger
Tabel 3.3 Spesifikasi Heat Exchanger
Memanaskan umpan masuk MD-01
Memanaskan umpan MD-02
Tipe
Double pipe
Double pipe
Luas transfer panas (ft 2 ) 78,92
Inner pipe - Fluida - OD tube (in) - Panjang (ft) - Bahan konstruksi - Pressure drop (psi) Annulus - Fluida - OD annulus (in) - Bahan konstruksi - Pressure drop (psi) - Jumlah pipa - RD dibutuhkan - RD perancangan
Umpan MD-01
12 Carbon steel SA 283 0,29
steam 4,5 Stainless steel 304 0,12
Umpan MD-02 1,66
12 Carbon steel SA 283 0,23
steam 2,38 Stainless steel 304 0,13
Tabel 3.3 Spesifikasi Heat Exchanger (Sambungan) Kode
Mendinginkan produk yang masuk T-02
Mendinginkan cairan keluaran Tee-02
Tipe
Double pipe
Double pipe
Luas transfer panas (ft 2 ) 83,34