TUGAS AKHIR - Prarancangan Pabrik Asam Sulfat Dengan Proses Kontak Absorpsi Ganda Kapasitas 100.000 Ton/Tahun
PRARANCANGAN PABRIK ASAM SULFAT DENGAN PROSES KONTAK ABSORPSI GANDA KAPASITAS 100.000 TON/TAHUN
Disusun Oleh :
1. Yesi Novitasari
( I 0507015 )
2. Nur Halimah Murdiyati
( I 0507049 )
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012
TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM SULFAT DENGAN PROSES KONTAK ABSORPSI GANDA KAPASITAS 100.000 TON/TAHUN
Oleh :
Yesi Novitasari
I 0507015
Nur Halimah Murdiyati
I 0507049
Pembimbing II Pembimbing I
Inayati, S.T., M.T., Ph.D Bregas S. T. Sembodo, S.T., M.T. NIP. 19710829 199903 2 001
NIP. 19711206 199903 1 002
Dipertahankan di depan tim penguji :
1. Dr. Margono, S.T., M.T
1. …………………………… NIP. 19681 107 199702 1 001
2. Ir. Arif Jumari, M. Sc. 2. ……………………………. NIP. 19650315 199702 1 001 Disahkan Ketua Jurusan Teknik Kimia
Dr. Sunu H. Pranolo NIP. 19690316 199802 1 001
Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Asam Sulfat dengan Proses Kontak Absorpsi Ganda Kapasitas 100.000 Ton/Tahun” ini.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual 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. Bregas S. T. Sembodo, 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 penulisan tugas akhir.
3. Ir. Endang Mastuti W. dan Inayati, S.T., M.T., Ph.D., selaku Pembimbing Akademik.
4. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS.
5. Ir. Arif Jumari, M. Sc. Dan Margono, S.T. M. T. selaku Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir.
6. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya.
7. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan 07. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh
karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.
Surakarta, Januari 2012
Penulis
5.4.2 Karyawan Shift ............................................................. 117
5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah .......................................... 119
5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ................. 120
5.6.1 Penggolongan Jabatan .................................................. 120
5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji .......................................... 120
5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ............................................... 123 BAB VI ANALISA EKONOMI
6.1 Penaksiran Harga Peralatan ..................................................... 126
6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) .............................. 128
6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ......................... 129
6.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) .................... 130
6.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost) .......................... 131
6.3.1 Manufacturing Cost ....................................................... 131
6.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) ................. 131
6.3.1.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) ................ 131
6.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) .................. 132
6.3.2 General Expense (GE) .................................................. 132
6.4 Keuntungan Produksi ............................................................... 133
6.5 Analisis Kelayakan................................................................... 133
Daftar Pustaka ................................................................................................ xiv Lampiran
Gambar 1.1 Grafik Impor Asam Sulfat di Indonesia ....................................
Gambar 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik ............................................
Gambar 2.1 Diagram Alir Proses ................................................................. 26 Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif ........................................................... 27 Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif ......................................................... 28 Gambar 2.4 Lay Out Pabrik ......................................................................... 51 Gambar 2.5 Lay Out Peralatan Proses ......................................................... 54 Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air Sungai Brantas .................................... 85 Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Asam Sulfat ................................... 109 Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ........................................... 127 Gambar 6.2 Grafik Analisis Kelayakan ....................................................... 136
Yesi Novitasari dan Nur Halimah Murdiyati, 2012, Prarancangan Pabrik Asam Sulfat dengan Proses Kontak Absorpsi Ganda Kapasitas 100.000 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Asam sulfat sering dimanfaatkan sebagai bahan utama dalam pembuatan pupuk, industri pulp dan kertas. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka
dirancang pabrik asam sulfat dengan kapasitas 100.000 ton/tahun dengan bahan baku sulfur 32.353 ton/tahun pada 30 o
C dan tekanan 1 atm. Dengan
memperhatikan beberapa faktor, seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, serta utilitas, maka lokasi pabrik yang cukup strategis adalah di Kawasan Industri Gresik, Jawa Timur.
Peralatan proses yang ada antara lain melter, burner, reaktor, absorber, menara pengering, tangki pengencer, cyclones, waste heat boiler, economizer, heat exchanger , blower dan pompa. Asam sulfat dihasilkan dari reaksi oksidasi sulfur dioksida dalam Reaktor Fixed Bed Multibed pada kondisi non isotermal adiabatik pada suhu 420-600 o
C dan tekanan 1 atm dengan konversi yang
diperoleh sebesar 99,7%. Reaksi berlangsung secara eksotermis, sehingga diperlukan pendingin di setiap hasil keluaran bed. Hasil dari reaktor akan
diabsorpsi oleh H 2 SO 4 98,5% sehingga dihasilkan H 2 SO 4 99,9% untuk kemudian
diencerkan dalam tangki pengencer sehingga diperoleh asam sulfat 98,5%
Utilitas terdiri dari unit penyediaan air sebagai pendingin, air proses maupun keperluan umum, tenaga listrik, penyediaan udara tekan, penyediaan bahan bakar, dan unit pengolahan limbah. Terdapat tiga laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik dan laboratorium penelitian dan pengembangan, untuk menjaga kualitas 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 sulfat diperoleh modal tetap sebesar Rp. 91.577.343.137 dan modal kerjanya sebesar Rp. 81.314.057.044. Biaya produksi total per tahun sebesar Rp. 354.348.738.328. Hasil analisa kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 69,21% dan setelah pajak 51,91%, POT sebelum pajak 1,3 tahun dan setelah pajak 1,7 tahun, BEP 45,14%, SDP 35,45% dan DCF sebesar 31,06%. Berdasar analisa ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik asam sulfat dengan kapasitas 100.000 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Perkembangan industri kimia di Indonesia cenderung mengalami peningkatan setiap tahunnya baik secara kuantitas maupun kualitasnya sejalan dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Hal tersebut menyebabkan kebutuhan akan bahan baku maupun bahan penunjang akan meningkat pula.
Asam sulfat merupakan salah satu bahan penunjang yang sangat penting dan banyak dibutuhkan industri kimia. Kegunaan utama (60% dari total produksi di seluruh dunia) asam sulfat adalah dalam produksi asam fosfat, yang digunakan untuk membuat pupuk fosfat, pengolahan minyak bumi, farmasi, kertas dan pulp. Mengingat arti pentingnya asam sulfat, maka kebutuhan negara dapat dijadikan tolak ukur kemajuan industri negara tersebut.
Proyek kebutuhan asam sulfat dalam negeri semakin meningkat seiring dengan peningkatan industri-industri yang memakainya. Oleh karena itu, dikarenakan pada saat ini pabrik yang memproduksi asam sulfat di Indonesia masih sedikit, sehingga pendirian pabrik asam sulfat ini diharapkan bisa mengantisipasi permintaan dalam negeri dan mengurangi ketergantungan asam sulfat dari negara-negara importir.
hal berikut :
1. Terciptanya lapangan kerja baru, yang berarti turut serta dalam usaha mengurangi pengangguran.
2. Pendirian pabrik asam sulfat diharapkan akan mendorong berdirinya industri hilir yang menggunakan asam sulfat sebagai bahan baku dan bahan penunjang, sehingga akan mendorong perkembangan industri di Indonesia.
3. Dapat menghemat devisa negara, dengan adanya pabrik asam sulfat di dalam negeri, maka impor dapat dikurangi dan jika berlebih bisa diekspor.
1.2 Kapasitas Perancangan
Dalam menentukan kapasitas perancangan perlu dipertimbangkan hal-hal sebagai berikut :
1.2.1 Data Impor Asam Sulfat
Permintaan asam sulfat di Indonesia dalam lima tahun terakhir relatif tidak konstan tergantung kebutuhan pabrik di Indonesia. Kebutuhan tersebut dapat dilihat dalam tabel di bawah ini :
Tabel 1.1 Data Impor Asam Sulfat Tahun 2006 – 2010
No
Tahun
Jumlah (Ton)
1 2006
21.913
2 2007
98.095
3 2008
66.911
4 2009
95.445
5 2010
110.617
Gambar 1.1 Grafik Impor Asam Sulfat di Indonesia Dengan menggunakan metode least square kebutuhan impor (ton/tahun) asam sulfat ditentukan dengan persamaan : y = 17.475,81x – 35.012.828,51 Keterangan: x = tahun
y = kapasitas (ton/tahun) Pabrik direncanakan berdiri tahun 2016 sehingga dapat diprediksikan kebutuhan impor asam sulfat di Indonesia sebesar 218.405 ton.
1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku
Bahan baku pembuatan asam sulfat yaitu sulfur, diperoleh melalui impor dari supplier asal RRC yang diharapkan kebutuhan bahan baku dapat dipenuhi secara kontinyu. Sedangkan bahan baku oksigen diperoleh dari udara bebas.
Untuk memproduksi asam sulfat harus diperhitungkan juga kapasitas produksi yang menguntungkan. Pabrik yang memproduksi asam sulfat di Indonesia yaitu :
1. PT. Indonesian Acid Industry, kapasitas produksi 82.500 ton/tahun.
2. PT. Petrokimia Gresik, kapasitas produksi 50.000 ton/tahun.
3. PT. Smelting, kapasitas produksi 92.000 ton/tahun.
Dapat diketahui kapasitas produksi minimal yang menguntungkan sebesar 50.000 ton/tahun. Sedangkan di dalam negeri masih membutuhan asam sulfat sebesar 218.405 ton/tahun. Maka ditetapkan bahwa kapasitas pabrik asam sebesar 100.000 ton/tahun, sehingga diharapkan :
1. Dapat menyuplai kebutuhan dalam negeri.
2. Dapat memberikan keuntungan karena kapasitas rancangan berada diatas kapasitas terkecil pabrik yang ada di Indonesia.
3. Dapat merangsang berdirinya industri-industri lainnya yang menggunakan bahan baku asam sulfat.
1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik
Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam menentukan lokasi pabrik antara lain, penyediaan bahan baku, pemasaran produk, transportasi dan tenaga kerja. Berdasarkan tinjauan tersebut maka lokasi
1. Penyediaaan Bahan Baku Sulfur sebagai bahan baku pembuatan asam sulfat diperoleh dengan cara impor dari RRC. Orientasi pemilihan ditekankan pada jarak lokasi pelabuhan dengan pabrik cukup dekat sehingga mempermudah transportasi bahan baku.
2. Letak Pabrik dengan Daerah Pemasaran Pabrik asam sulfat terutama ditujukan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka lokasi pabrik harus terletak dengan lokasi yang memudahkan distribusi produk ke pasar. Target penjualan utama adalah Petrokimia Gresik yang mana membutuhkan asam sulfat untuk memproduksi pupuk fosfat.
3. Sarana Transportasi Kota Gresik memiliki sarana transportasi darat yang memadai, karena berada di jalur pantura, yang menghubungkan kota-kota besar di Jawa Timur. Pengiriman produk ke daerah pemasaran tidak mengalami masalah. Gresik juga merupakan tempat yang tepat untuk sarana transportasi laut, karena letaknya di pesisir pantai pulau Jawa sehingga memiliki pelabuhan laut yang memadai untuk sarana transportasi bahan baku sulfur ke pabrik serta pemasaran lewat laut untuk antar pulau.
4. Ketersediaan Tenaga Kerja Kawasan industri Gresik terletak di daerah Jawa Timur yang syarat dengan lembaga pendidikan formal maupun non formal dimana banyak dihasilkan tenaga kerja ahli maupun non ahli, sehingga tenaga kerja mudah didapatkan.
Dalam hal penyediaan air, Gresik dekat dengan sungai Brantas sehingga kebutuhan air untuk pabrik terpenuhi serta air minum karyawan terpenuhi. Sedangkan untuk kebutuhan listrik didapatkan dari PLN dan generator sebagai cadangan apabila listrik dari PLN mengalami gangguan dan bahan bakar diperoleh dari Pertamina.
Gambar 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik
1.4 Tinjauan Pustaka
1.4.1 Macam-Macam Proses
Proses pembuatan asam sulfat ada 2, yaitu :
1. Proses Kamar Timbal (Pb)
Pada tahun 1746, Roebuck dari Birmingham Inggris, memperkenalkan proses kamar timbal. Gas SO 2 dan NO dimasukkan ke menara Glover bersamaan Pada tahun 1746, Roebuck dari Birmingham Inggris, memperkenalkan proses kamar timbal. Gas SO 2 dan NO dimasukkan ke menara Glover bersamaan
dalam menara Gay Lussac untuk menyerap gas-gas NO dan NO 2 (katalisator). Gas yang terserap ini dimasukkan kembali ke menara Glover kamar timbal berbentuk silindris volumenya cukup luas. Permukaan dalamnya dilapisi timbal tipis dan disekat-sekat agar panas dapat ditransfer dengan baik, dinding bagian luar diberi sirip-sirip. Sehingga di dalam menara ini terjadi pengembunan uap asam sulfat. Menara Gay Lussac berfungsi untuk memungut kembali katalisator
gas NO dan NO 2 di kamar timbal dengan menggunakan asam sulfat 77%. Penyerapan dilakukan pada suhu rendah antara 40-60°C. Menara Glover bertugas memekatkan hasil asam sulfat dari kamar timbal. Pemekatan panas ini perlu panas dan ini dapat diambil dari panas yang dibawa GHP (gas hasil pembakaran) belerang (400-600°C).
(Austin, 1967)
2. Proses Kontak
Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh Peregrine Philips, seorang negarawan Inggris, yang patennya mencakup aspek-aspek penting dari proses kontak yang modern, yaitu dengan melewatkan campuran sulfur dioksida dan udara melalui katalis kemudian diikuti dengan absorpsi sulfur trioksida di dalam asam sulfat 98,5 – 99%.
dengan menggunakan oksigen berlebihan di dalam campuran gas reaksi. Proses kontak sekarang telah banyak mengalami penyempurnaan dalam rinciannya dan dewasa ini telah menjadi suatu proses industri yang murah, kontinyu dan dikendalikan otomatis.
Sampai tahun 1900, belum ada pabrik dengan proses kontak yang dibangun di Eropa, di mana terdapat kebutuhan terhadap oleum dan asam konsentrasi tinggi untuk digunakan pada sulfonasi, terutama pada industri zat warna. Dalam periode 1900 sampai 1925, banyak pabrik asam sulfat dengan proses kontak telah dapat bersaing dengan proses kamar timbal pada segala konsentrasi asam yang dihasilkan. Sejak pertengahan tahun 1920-an, kebanyakan fasilitas yang baru dibangun dengan menggunakan proses kontak dengan katalis
heterogen biasanya berupa zat padat, antara lain Pt, V 2 O 5 dan Fe 2 O 3 . Katalis ini
berpori-pori sehingga cocok untuk pembuatan asam sulfat, karena memiliki bidang kontak yang besar. Udara yang digunakan untuk membakar belerang dibersihkan dahulu dengan asam sulfat dalam menara absorber, hasil pembakaran dibersihkan dalam Waste Heat Boiler kemudian dimasukkan ke dalam converter
bersama O 2 , gas hasil converter atau reaktor dimasukkan ke dalam menara
penyerap atau absorber. Penyerap yang digunakan adalah asam sulfat 98,5%.
(Austin, 1967)
Keterangan
Proses kontak
Proses kamar timbal
Konversi
77 – 79% Kondisi operasi, - T, o C - P, atm
420 - 600
1-4
420 – 600 1-4 Biaya produksi
Rendah
Tinggi Kualitas produk
Lebih pekat
Kurang pekat
Proses produksi
Satu kali proses dalam
meningkatkan konsentrasi asam
Dua kali proses dalam meningkatkan konsentrasi asam Katalis
Vanadium Pentoksida
NO dan NO 2
Setelah dibandingkan, maka untuk perancangan pabrik asam sulfat ini dipilih proses kontak dengan pertimbangan :
1. Konversi yang tinggi dan kualitas produk lebih pekat.
2. Biaya produksi lebih murah.
3. Umur katalis dapat mencapai 10 tahun dalam pemakaian normal.
4. Proses produksi satu kali proses dalam meningkatkan konsentrasi asam.
1.4.2 Kegunaan Produk
Di bidang industri, asam sulfat merupakan produk kimia yang banyak dipakai. Asam sulfat penting sekali terutama dalam produksi :
2. Industri pengolahan air
3. Industri metalurgi
4. Petrokimia
5. Industri kimia
6. Industri pulp dan kertas (www.sulphuric-acid.com)
1.4.3 Sifat-Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk
1.4.3.1 Bahan Baku
a. Sulfur
Sifat Fisika :
Rumus molekul
:S
Titik didih pada 1 atm , o C : 444,6
Titik lebur pada 1 atm , o C : 120
Specific gravity
(Perry, 2008) Sifat Kimia :
1. Dengan udara membentuk sulfur dioksida.
Reaksi : S + O 2 2 SO ................................................... (I - 1)
2. Dengan asam klorida dan katalis Fe akan menghasilkan hidrogen sulfida.
Sifat Fisika :
Sifat Gas
Berat molekul
Gas Tidak berbau Tidak berwarna
Gas Tidak berbau Tidak berwarna
Titik Lebur (1 atm, o C)
Titik Didih (1 atm, o C)
Specific gravity
1,71 (Perry,2008)
c. Air Proses
Sifat Fisika :
Rumus molekul
:H 2 O
Berat molekul, g/gmol
Titik didih pada 1 atm , o C : 100
Titik lebur pada 1 atm , o C :0
Specific gravity
(Perry,2008)
1. Merupakan pelarut yang baik
2. Dapat terurai menjadi unsur-unsur penyusunnya dengan proses elektrolisis.
d. Sulfur Dioksida
Sifat Fisika :
Rumus molekul
: SO 2
Berat molekul, g/gmol
Titik didih, ºC
: -75,5
Titik lebur, ºC
: -10
Specific gravity
(Perry,2008)
Sifat Kimia :
1. Dengan klorin dan air membentuk asam klorida dan asam lainnya. Reaksi : Cl 2 + 2H 2 O + SO 2 2HCl + H 2 SO 4 ................ (I - 2)
2. Dengan hidrogen sulfida membentuk air dan sulfur
Reaksi : 2H 2 S + SO 2 2 2H O + 3S ............................... (I - 3)
Sifat Fisika :
Rumus molekul
: SO 3
Berat molekul, g/gmol
Titik didih, ºC
Titik lebur, ºC
Specific gravity
(Perry,2008 )
Sifat Kimia :
1. Dengan air membentuk asam kuat
Reaksi : SO 3 +H 2 O
2 SO 4 ................................................ (I - 4)
2. Dengan udara lembab sulfur trioksida membentuk uap putih tebal dengan bau yang menyengat.
f. Vanadium Pentoksida
Sifat Fisika :
Rumus molekul
:V 2 O 5
Berat molekul, g/gmol
Titik didih, ºC
Titik lebur, ºC
: 800
Specific gravity
: 3,357
(Perry,2008)
1.4.3.2 Produk Asam Sulfat
Sifat Fisika :
Rumus molekul
:H 2 SO 4
Berat Molekul, g/gmol
: 98,08
Wujud dalam kondisi kamar
: Cair
Warna
: Tidak berwarna
Titik didih pada 1 atm, o C : 340
Titik leleh pada 1 atm, o C : 10,49
Specific gravity
: 1,834
(Perry,2008) Sifat Kimia :
1. Dengan basa membentuk garam dan air.
Reaksi : H 2 SO 4 + 2 NaOH Na 2 SO 4 +H 2 O ................... (I - 5)
2. Dengan alkohol membentuk eter dan air.
Reaksi : 2C 2 H 5 OH + H 2 SO 4 2 C H 5 OC 2 H 5 +H 2 O+H 2 SO 4 .. (I - 6)
Dalam proses pembuatan asam sulfat dengan proses kontak absorpsi ganda, pertama mereaksikan sulfur cair dengan udara sehingga terbentuk gas sulfur dioksida. Selanjutnya dilakukan reaksi pembentukan sulfur trioksida yang dilakukan pada reaktor fixed bed multi bed pada tekanan 1 atm dan suhu 425 o C. Kondisi operasi reaktor adiabatik non isotermal. Produk keluar reaktor diumpankan pada absorber untuk menyerap gas sulfur trioksida, selanjutnya diencerkan pada tangki pengencer untuk membentuk asam sulfat 98,5% dengan penambahan air.
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku Sulfur
Sulfur yang diumpankan pada pabrik harus mempunyai spesifikasi : warna kuning cerah, bentuk granular, dengan spesifikasi analisis tipikal :
1. Sulfur Fase
: padat
Komposisi
: - Belerang : 99,96%
- air : 0,005% - impuritas : 0,035%
Titik lebur
: 120ºC
Berat molekul
: 32,064 g/gmol
(www.alibaba.com)
2. Udara Fase
Berat molekul
: 28,84 g/gmol
Kenampakan
: cairan jernih
Berat jenis
: 1 gr/mL (25ºC)
Rumus molekul
:H 2 O
Berat molekul
: 18 g/gmol
Kekentalan
: 1 cP (25ºC)
2.1.2 Spesifikasi Produk
Asam sulfat Fase
: cair
Kadar
: 98,5% H 2 SO 4 ; 1,5% H 2 O
Rumus molekul
:H 2 SO 4
Berat molekul
: 98,08 g/gmol
2.1.3 Spesifikasi Bahan Pembantu (Katalis)
Katalisator
: Vanadium Pentoksida (V 2 O 5 )
: 541,424 kg/m 3
Umur teknis
: 10 tahun
2.2.1 Sifat Reaksi
a. Tinjauan Termodinamika
Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi (endotermis/eksotermis) dan arah reaksi (reversible/ irreversible). Penentuan panas reaksi berjalan secara eksotermis atau endotermis dapat dihitung dengan
perhitungan panas pembentukan standar (
f H ) pada tekanan 1 atm dan suhu 298,15 K. Pada proses pembentukan asam sulfat terjadi reaksi sebagai berikut : S (g) +O 2 (g)
2 SO (g) …………………………………………….......... (II – 1) SO 2 (g) +½O 2 (g) SO 3 (g) ………………………………………….... (II – 2)
SO 3 (g) +H 2 O (l)
2 H SO 4 (l) …………………………………………. (II – 3) Data panas pembentukan standar pada suhu 298,15 K
f H S = 0 J/mol
HO f 2 = 0 J/mol
f H SO 2 = -296.830 J/mol
f H SO 3 = -395.730 J/mol
f 2 H H SO 4 = - 813.989 J/mol
HH f 2 O
= -285.830 J/mol
( Smith Van Ness, 1975)
H 298,15 =
f H produk -
f H reaktan
H 298,15 = (-296.830) – (0 + 0) J/mol = -296.830 J/mol
Reaksi (II - 2) :
H 298,15
= (-395.730) – (-296.830 + ½ x 0) J/mol
= -98.900 J/mol
Reaksi (II - 3) :
H 298,15
= (-813.989) – (-395.720 + (-285.830)) J/mol
= -813.989 + 681.55 J/mol = -132.439 J/mol
Ketiga reaksi tersebut termasuk reaksi eksotermis dilihat dari nilai panas pembentukan standar (
H 298,15 ) yang bernilai negatif.
Sifat reaksi kimia yang reversible atau irreversible dapat diketahui dari harga konstanta kesetimbangan. Data energi Gibbs pada 298,15 K :
f G S = 0 J/mol
GO f 2 = 0 J/mol
f G SO 2 = -300.360 J/mol
f G SO 3 = -370.620 J/mol
GH f 2 SO 4 = -690.003 J/mol
GH f 2 O = -228.770 J/mol
G 298,15 = - R T ln K
G 298,15 =
f G produk -
f G reaktan
dengan :
G 298 : energi bebas Gibbs standar suatu reaksi pada 298,15 K (kJ/mol)
R : konstanta gas ( 8,314 J/mol· K) T
: temperatur (K) K
: konstanta kesetimbangan ( Smith Van Ness, 1975) Reaksi (II - 1) :
G 298,15
= (-300.360) – (0 + 0) J/mol = -300.360 J/mol
ln K 298,15 =
G 298,15
= K 298,15 K J/mol 8,314
J/mol 300.360 -
Dari Smith Van Ness Equation (15.17)
K ln
= konstanta kesetimbangan pada suhu tertentu T = suhu tertentu R = tetapan gas ideal, 8,314 J/mol· K
= panas reaksi standar pada 298,15 K
( Smith Van Ness, 1975) Pada suhu 970 o
C (1.243,15 K) besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut :
lnK lnK lnK 298,15 1.243,15
K 698,15
Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi berlangsung searah ke arah kanan (irreversible).
Reaksi (II - 2) :
G 298,15
= (-370.620) – (-300.360 + ½ (0)) J/mol
= -70.260 J/mol
ln K 298,15
G 298,15
= K 298,15 K J/mol 8,314
J/mol 70.260 - J/mol 70.260 -
lnK lnK lnK 298,15 698,15
K 698,15
Karena harga konstanta kesetimbangan relatif kecil, maka reaksi berlangsung bolak-balik (reversible).
Reaksi (II - 3) :
G 298,15
= (-690.003) – (-228.770 + (-370.620)) J/mol
= -90.613 J/mol
ln K 298,15 =
G 298,15
= K 298,15 K J/mol 8,314
J/mol 90.613 -
Pada suhu 70 o
C (343,15 K) besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut :
K ln
K 698,15
Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi berlangsung searah ke arah kanan (irreversible).
b. Tinjauan Kinetika
Secara kinetika, reaksi pembentukan sulfur dioksida mempunyai persamaan kecepatan reaksi sebagai berikut : Reaksi : SO 2 +½O 2 3 SO ………………………………………. (II – 4) Konstanta kesetimbangan :
dengan : Kp = konstanta kesetimbangan
T = suhu reaksi, ºK
Kecepatan reaksinya :
k Pso k 1 22,414 1
r = kecepatan reaksi, kmol SO 2 /kg kat· jam
, 12 exp 1 exp
2 2 2 SO O SO P ; P P ; = tekanan parsial gas O 2 , SO 2 , SO 3 dihitung berdasarkan 1 kmol /O 2 jam· atm
(Froment, 1990)
c. Kondisi Operasi
Proses kontak absorpsi ganda sulfur terjadi dalam suatu reaktor fixed bed multibed pada gas atau uap dengan tekanan 1-4 atm dan temperatur 420ºC-600ºC.
Reaksi kontak absorpsi ganda ini menggunakan katalis V 2 O 5 . Katalis ini pada
kondisi operasi akan mengoksidasi sulfur dioksida. Sifat penting vanadium pentoksida ialah mempunyai keterbatasan temperatur bawah dan atas. Selang temperatur bawah operasi katalis ini yaitu antara 420ºC sedangkan batas temperatur atas 600ºC. Umur katalis dapat mencapai 10 tahun dalam pemakaian normal.
2.2.2 Mekanisme Reaksi
Pada reaksi katalitik ada beberapa kemungkinan mekanisme kontrol yang menentukan kecepatan reaksi, mekanisme untuk reaksi katalitik tersebut secara umum adalah :
1. Transfer massa reaktan dari badan utama fluida ke permukaan luar katalis (external diffusion).
katalis (internal diffusion).
3. Adsorbsi reaktan pada permukaan katalis.
4. Reaksi pada permukaan katalis.
5. Desorbsi produk reaksi dari permukaan dalam katalis
6. Transfer massa produk dari permukaan dalam ke permukaan luar katalis.
7. Transfer massa produk dari permukaan luar katalis ke badan utama fluida.
(Fogler, 1999) Langkah yang menentukan adalah reaksi pada permukaan katalis. Oleh karena itu, langkah proses nomor 1, 2, 6, 7 sangat cepat dibandingkan langkah nomor 3, 4, 5 sehingga kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh transfer massa.
(Smith , 1981)
2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses
2.3.1 Diagram Alir Proses
Diagram alir prarancangan pabrik asam sulfat dari sulfur dan udara dapat ditunjukan dalam tiga macam, yaitu :
a. Diagram alir proses (Gambar 2.1)
b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.2 )
c. Diagram alir kuantitatif ( Gambar 2.3 )
.u
Ash
s.
T = 71,3 o C c.
T = 30 o C P = 1 atm T = 140 o C T =916,85 o C P = 1 atm T = 425 o C O 2
id
H 2 SO 4 3 T = 94,9 C
P = 1 atm N 2 T = 41 C T = 34,05 C T = 425 C T = 120 o C T = 70 o
P = 1,1 atm
AB-01
C TP-01
SO 2 T = 72,95 C H 2 SO 4
H 2 SO 4 P = 1 atm o
T = 444,3 o C T = 429,85 C SO 3 P = 1 atm o
P = 1 atm
T = 425 C P = 1 atm o
T = 71,3 C
T = 71,3 o C
T = 200 C
H 2 it O
Bed 4
SO u 2
SO 3
ser P = 1 atm
O 2 T = 425 o C
2 H 2 Ash N O SO 2 H 2 SO P =1 atm 4 P = 1 atm o
T = 425 o C SO 3 P = 1 atm
T = 72,8 C H 2 O
H 2 SO 4 T = 426,85 o C H 2 SO 4 H 2 SO 4 P = 1 atm
P = 1 atm
P = 1 atm
T = 72,95 o C H 2 SO 4
T = 120 o C T = 70 o C P =1 atm
AB-02
O 2 TP-02
T = 37 o C Produk
asam sulfat
P = 1atm o
T=
T = 30 C
197,5 o C
ig
ilib .u n
Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif
s.
c. id
Dalam proses produksi asam sulfat dapat dibagi dalam beberapa tahap, yaitu : a). Tahap persiapan bahan baku b). Tahap reaksi c). Tahap pemurnian produk
a. Tahap Persiapan Bahan Baku
Bahan baku sulfur berupa granular disimpan di dalam gudang penyimpanan (G-01) pada suhu 30 o
C dan tekanan 1 atm. Sulfur diangkut dengan
Belt Conveyor (BC-01) menuju Hopper (H-01) untuk ditampung sebelum dileburkan. Sulfur padat dengan ukuran serbuk selanjutnya dilebur pada Melter
(M-01) pada 140 o
C dengan media pemanas steam. Selanjutnya produk cairan M-
01 dipompakan dengan pompa (P-01) menuju Burner (B-01) bersama dengan itu dialirkan udara kering yang diperoleh dari udara luar dan ditekan dengan Blower (BL-01) dan dilewatkan menara pengering (MP-01). Kandungan air dalam udara
atmosfer diserap oleh H 2 SO 4 98,5% yang bersifat hidroskopis, sehingga dihasilkan udara kering. Hal ini bertujuan untuk mencegah terjadinya reaksi antara gas SO 3
dengan air yang terkandung dalam udara sehingga akan menyebabkan korosi.
H 2 SO 4 disirkulasi secara kontinyu dari Tangki Pengencer I (TP-01) untuk
menjaga konsentrasi H 2 SO 4 98,5%.
Produk udara kering diumpankan menuju burner. Burner difungsikan untuk mereaksikan sulfur dengan udara membentuk sulfur dioksida pada kondisi
operasi temperatur 916,85 o
C dan tekanan 1 atm dengan sifat reaksi eksotermis.
Setelah terjadi proses reaksi pembentukan sulfur dioksida produk dari burner berupa gas dilewatkan di Waste Heat Boiler (WHB-01) yang berfungsi memanfaatkan panas produk keluar burner untuk memproduksi steam dimana
produk keluar Waste Heat Boiler suhunya menjadi 425 o
C dan dilewatkan
Cyclones (CN-01) yang berfungsi untuk menyaring impuritas sebelum gas sulfur dioksida diumpankan menuju reaktor.
b. Tahap Reaksi
Gas SO 2 dimasukkan R-01 yang terdiri dari 4 buah bed catalyst. 3 bed
teratas merupakan konversi tingkat pertama sedangkan bed keempat merupakan konversi tingkat kedua. Katalis yang digunakan berupa vanadium pentoksida
(V 2 O 5 ) dengan suhu optimum sekitar 420 o
C - 600 o
C. Gas proses yang
mengandung SO 2 bersuhu 425 o
C dari burner masuk ke converter bed I, dimana gas SO 2 diubah menjadi SO 3 . Reaksi yang terjadi adalah :
SO 2 +½O 2 SO 3 …………..................………. (II – 5)
Temperatur pada bed dijaga pada temperatur sekitar 425 o
C agar katalis
tetap pada kondisi operasi optimumnya sehingga diharapkan terjadi konversi reaksi yang optimum pula. Pada bed pertama, reaksi berlangsung dengan konversi
sekitar 69,38%. Gas yang mengandung SO 3 yang keluar dari bed I, bersuhu
600 o
C, dimasukkan ke Heat Exchanger I (HE-01) dengan media pendingin gas keluar absorber I yang bersuhu 94,9 o
C. Gas yang mengandung SO 3 keluar HE-
01, bersuhu 425 o
C, masuk ke bed II. Pada bed ke-2 ini reaksi berlangsung dengan
konversi sekitar 20,62%. Gas outlet bed II dimana temperatur 444,3 o
C dialirkan
ke HE-02 dengan media pendingin sama dengan bed I, sehingga dihasilkan gas
dengan temperatur 425 o
C. Gas ini dialirkan ke bed III dengan konversi 6,4%. Gas outlet bed
III yang banyak mengandung gas SO 3 bersuhu 429,85 o
C masuk ke HE-
03 kemudian masuk ke Economizer I (EK-01) dengan media pendingin air. Gas tersebut didinginkan menjadi 200 o
C sebelum masuk ke menara absorber I (AB- 01). Setelah gas SO 3 diserap dengan H 2 SO 4 di menara absorber, sisa gas keluar
absorber dengan temperatur 94,9 o C dan dipanaskan di HE-01, HE-02 dan HE-03,
sehingga temperatur masuk ke bed IV menjadi 425 o
C. Pada bed IV ini terjadi
reaksi dengan konversi sebesar 3,3%, sehingga konversi total menjadi 99,7%. Gas outlet bed
IV, temperatur 426,85 o
C masuk ke dalam Economizer II (EK-02), dimana gas tersebut didinginkan menjadi 200 o
C sebelum masuk menara absorber
II (AB-02).
c. Tahap Pemurnian Produk
Produk dari Tangki Pengencer II (TP-02) dipompa menuju TP-01. Sisa gas dari AB-01 akan dikembalikan ke bed IV. Gas yang banyak mengandung SO 3 keluar dari bed IV dan diabsorpsi oleh H 2 SO 4 98,5% yang berasal dari TP-02
yang dipompa oleh P-06 dan gas tersebut dilewatkan EK-02 untuk didinginkan yang dipompa oleh P-06 dan gas tersebut dilewatkan EK-02 untuk didinginkan
dan AB-02 ditambahkan air demineralisasi untuk diencerkan menjadi 98,5%. Sisa
gas SO 2 yang keluar dari AB-02 diemisikan ke udara bebas. Produk H 2 SO 4 dari TP-01 dipompa oleh P-08 melewati HE-05 untuk
mendinginkan produk sehingga temperatur produk maksimum adalah 37 o C sebelum masuk ke tangki penyimpan asam sulfat (T-01).
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas
Produk
: Asam Sulfat 98,5% berat
Kapasitas
: 100.000 ton/tahun
Satu tahun produksi
: 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam
2.4.1. Neraca Massa
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan
: kg/jam
Neraca massa prarancangan pabrik asam sulfat sesuai dengan Gambar 2.3.
Tabel 2.1 Neraca Massa pada Melter (M-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Tabel 2.2 Neraca Massa pada Burner (B-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 2
Arus 3
Arus 4
impuritas
SO 2
Total
Tabel 2.3 Neraca Massa pada Cyclones (CN-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Tabel 2.4 Neraca Massa pada Reaktor Bed I (R-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 6
Arus 7
SO 2
SO 3
Total
Tabel 2.5 Neraca Massa pada Reaktor Bed II (R-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Tabel 2.6 Neraca Massa pada Reaktor Bed III (R-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 8
Arus 9
SO 2
SO 3
Total
Tabel 2.7 Neraca Massa Absorber (AB-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Tabel 2.8 Neraca Massa Tangki Pengencer (TP-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 13
Arus 21
Arus 24
Arus 25
Arus 18
H 2 SO 4
Total
Tabel 2.9 Neraca Massa pada Reaktor Bed IV (R-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Tabel 2.10 Neraca Massa Absorber (AB-02)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 11
Arus 14
Arus 15
Arus 16
SO 2
SO 3
H 2 SO 4
Total
Tabel 2.11 Neraca Massa pada Tangki Pengencer (TP-02)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
H 2 SO 4 8.158,5788
Tabel 2.12 Neraca Massa Menara Pengering (MP-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 20
Arus 22
Arus 3
Arus 21
H 2 SO 4
Total
Tabel 2.13 Neraca Massa pada Tee (TE-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Tabel 2.14 Neraca Massa pada Tee (TE-02)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 23
Arus 14
Arus 24
H 2 SO 4
Total
Tabel 2.15 Neraca Massa pada Tee (TE-03)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Tabel 2.16 Neraca Massa Total
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam) Arus 2
Arus 16 Arus 26 S
H 2 O impuritas O 2 N 2
SO 2 SO 3
H 2 SO 4
Total
2.4.2 Neraca Panas
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan
: kJ/jam
Tabel 2.17 Neraca Panas pada Melter (M-01) Komponen
Q input (kJ/jam)
Q output (kJ/jam)
Q arus 1 14.924,528
Q arus 2 0 729.990,338
Q peleburan 219.765,918 Q pemanas 495.299,338
Tabel 2.18 Neraca Panas pada Burner (B-01) Komponen
Q input (kJ/jam)
Q output (kJ/jam)
Q arus 2 729.990,338 Q arus 3 312.095,753
Q reaksi 37.800.266,015
Q arus 4 0 38.842.352,106
Total
Tabel 2.19 Neraca Panas Menara Pengering (MP-01)
Komponen
Q input (kJ/jam)
Q output (kJ/jam)
H 2 SO 4 0 28.590,972 28.590,972
Panas pelarutan
Panas laten
Tabel 2.20 Neraca Panas pada Cyclones (CN-01) Komponen
Q input (kJ/jam)
Q output (kJ/jam)
Q arus 4 11.048.383,452
Q arus 5 0 318,961 Q arus 6 0 11.048.064,491
Total
Tabel 2.21 Neraca Panas pada Reaktor (R-01)
Komponen
Input (kJ/jam)
Output (kJ/jam)
Panas reaksi
12.553.289,671
Panas pendingin
0 5.453.669,810
Total
64.929.399,203
64.929.399,203
Tabel 2.22 Neraca Panas pada Absorber (AB-01)
Komponen
Q input (kJ/jam)
Q output (kJ/jam)
H 2 SO 4 0 23.691.393,773
0 13.486.538,653 Panas reaksi
-16.095.897,044
Panas laten
0 1.050.921,918 Total
16.360.931,849
16.360.931,849
Tabel 2.23 Neraca Panas pada Tangki Pengencer (TP-01)
Komponen
Input (kJ/jam)
Output (kJ/jam)
Q arus 13 13.414.236,674
Q arus 21 50.366,542 Q arus 24 36.160,819 Q arus 25 41.334,363
Panas pengenceran
15.782,331
Q arus 18 0 13.570.688,467
Total
13.570.688,467 13.570.688,467
Tabel 2.24 Neraca Panas pada Absorber (AB-02)
Komponen
Q input (kJ/jam)
Q output (kJ/jam)
Gas
Cairan
Gas Cairan
H 2 SO 4 0 1.047.926,380
0 596.541,502 Panas reaksi
Panas laten
Tabel 2.25 Neraca Panas pada Tangki Pengencer (TP-02)
Komponen
Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)
Q arus 15 593.155,523
Q arus 17 2.237,073
Panas pengenceran
Q arus 23 0 595.459,121
Total
Tabel 2.26 Neraca Panas Total
Komponen
Input (kJ/jam)
Output (kJ/jam)
Q arus 1 14.924,528
Q arus 17 2.237,073 Q arus 22 364.368,051
Q arus 25 41.334,363
Q arus 5 0 318,961 Q arus 16 0 3.629.305,206 Q arus 18 0 13.570.688,467
Q reaksi 22.936.500,374
Q pemanas 495.299,892 Q peleburan 219.765,918
Q pengneceran 15.848,885
Q laten 0 1.436.296,610 Q pendingin 0 5.453.669,810
Total
2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses
2.5.1 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 2.4. Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik ini adalah :
1. Pabrik asam sulfat ini 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. Faktor 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
Daerah administrasi 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 Daerah proses merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.
3. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk Daerah penyimpanan bahan baku dan produk merupakan daerah untuk tempat bahan baku dan produk.
4. Daerah gudang, bengkel dan garasi 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 Daerah utilitas merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan.
(Vilbrandt, 1959)
Gambar 2.4 Lay Out Pabrik
2.5.2 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 pada pabrik asam sulfat, antara lain :
1. Aliran udara Aliran udara di dalam dan di sekitar peralatan proses perlu diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja.
2. Cahaya Penerangan sebuah pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat 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 Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan.
(Vilbrandt, 1959)
HE -0 7
H E- 06
Gambar 2.5 Lay Out Peralatan Proses
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES
3.1 Tangki
Tabel 3.1 Spesifikasi Tangki Kode
T-01
T-02 Fungsi
Menyimpan asam sulfat selama 30 hari
Menyimpan air proses selama 15 hari
Tipe Silinder vertikal dengan flat bottom dan conical roof Material
Carbon Steel SA 283 grade C Jumlah
1 buah
1 buah Kondisi operasi - Tekanan (atm) - Suhu ( o C)
35 Kapasitas (bbl)
1130 Dimensi - Diameter (ft) - Tinggi total (ft) - Tebal tangki
Course 1 (in) Course 2 (in) Course 3 (in)
Course 4 (in)
Course 5 (in) Course 6 (in)
Tebal head (in)
3.2 Melter
Tabel 3.2 Spesifikasi Melter Kode
M-01
Fungsi Mengubah fase sulfur padat menjadi sulfur cair
Tipe Tangki alir berpengaduk Jumlah
1 buah
Kondisi operasi - Tekanan (atm) - Suhu umpan ( o C) - Suhu produk ( o C) - Suhu pemanas masuk ( o C) - Suhu pemanas keluar ( o C)
Spesifikasi jaket - Tinggi (m) - Tebal (in) - Material
Carbon Steel 283 grade C Spesifikasi shell - IDs (in) - Tebal (in) - Material
Carbon Steel 283 grade C Spesifikasi head - Bentuk - Tebal (in) - Tinggi (in)
Torisperical dished head
Spesifikasi Pengaduk - Jenis
- Di (m) - L (m)
Turbin dengan 6 flat blade dengan 4
baffle
Kode
M-01
- Kecepatan Pengadukan - Daya Pengadukan
Tinggi total reaktor (m)
3.3 Burner
Tabel 3.3 Spesifikasi Burner Kode
B-01
Fungsi Membakar sulfur cair dengan udara kering menjadi gas sulfur dioksida Tipe
RAP single tube Jumlah
1 buah
Kondisi operasi - Tekanan (atm) - Suhu umpan ( o C) - Suhu produk ( o C)
Spesifikasi - ID (m) - OD (m) - Panjang (m) - Jumlah pass - Material
1 Bata tahan api
3.4 Reaktor
Tabel 3.4 Spesifikasi Reaktor Kode
R-01
Fungsi Mereaksikan sulfur dioksida dengan oksigen menjadi sulfur trioksida Tipe
Fixed bed multi bed Jumlah
Material Carbon Steel SA 182 F22 Kondisi operasi - Tekanan (atm) - Suhu ( o C)
Katalis - Bahan - Bentuk - Diameter (m)
- bulk (kg/m 3 )
- Tinggi bed katalis I (m) - Tinggi bed katalis II (m) - Tinggi bed katalis III (m) - Tinggi bed katalis IV (m)
Vanadium Pentoksida
Spesifikasi Shell - ID (m) - Tebal shell (in)
Spesifikasi Head - Bentuk - Tebal head (in) - Tinggi head (m)
Torispherical Dished Head
Tinggi Total (m)
3.5 Absorber
Tabel 3.5 Spesifikasi Absorber Kode
AB-01
AB-02 Fungsi
Menyerap gas SO 3 dari
aliran R-01 bed III dengan menggunakan
asam sulfat
Menyerap gas SO 3 dari aliran R-01 bed IV dengan menggunakan asam sulfat Tipe
Packed tower
Jumlah
1 buah
1 buah Material
Carbon Steel SA 182 F22 Kondisi operasi - Tekanan (atm) - Suhu ( o C)
70 Menara - Diameter (m) - Tinggi (m) - Tebal shell (in)
8 Head - Tipe - Tebal head (in)
Torisperical dished head
Torisperical dished head
5 Packing
- Jenis - Ukuran (in)
Ceramic Raschig Ring
Ceramic Raschig Ring
3.6 Menara Pengering
Tabel 3.6 Spesifikasi Menara Pengering Kode
MP-01
Fungsi Menyerap kandungan H 2 O dari udara bebas dengan menggunakan asam sulfat Tipe
Packed tower
Jumlah
1 buah
Material Carbon Steel SA 182 F22 Kondisi operasi - Tekanan (atm) - Suhu ( o C)
Menara - Diameter (m) - Tinggi (m) - Tebal shell (in)
Head - Tipe - Tebal head (in)
Torisperical dished head
Packing - Jenis - Ukuran (in)
Ceramic Raschig Ring
3.7 Tangki Pengencer
Tabel 3.7 Spesifikasi Tangki Pengencer Kode
TP-01
TP-02 Fungsi
Mengencerkan produk AB-01 dengan air untuk mendapatkan asam sulfat
Mengencerkan produk AB-02 dengan air untuk mendapatkan asam sulfat
98,5% Tipe
Tangki alir berpengaduk Jumlah
1 buah
1 buah Kondisi operasi - Tekanan (atm) - Suhu
1 72,95 Spesifikasi shell - IDs (in) - Tebal (in) - Material
Carbon Steel 283 grade C
16 Carbon Steel 283 grade C Spesifikasi head - Bentuk - Tebal (in) - Tinggi (in)
Torisperical dished head
Torisperical dished head
4 9,546 Spesifikasi Pengaduk - Jenis
- Di (m) - L (m) - Kec. Pengadukan (rpm) - Daya Pengadukan (Hp)
Flat Blade Turbine
Flat Blade Turbine Impeller 0,339 0,085
6 Tinggi total (m)
3.8 Cyclones
Tabel 3.8 Spesifikasi Cyclones Kode
CN-01
Fungsi Memisahkan impuritas berupa ash dari aliran gas keluar burner Tipe
High efficiency cyclones Jumlah
4 buah
Material Carbon Steel SA 182 F22 Kondisi operasi - Tekanan (atm) - Suhu ( o C)
Spesifikasi -
D silinder (m) - Tinggi silinder (m) - D inlet gas (m) - D outlet padatan (m) - Tinggi kerucut (m) - Tinggi total (m)
3.9 Gudang
Tabel 3.9 Spesifikasi Gudang Kode
G-01
Fungsi Menyimpan kebutuhan sulfur selama 1 bulan Tipe
Bangunan tertutup Jumlah
1 buah
Material Bata lapis semen Kondisi operasi - Tekanan (atm) - Suhu ( o C)
Spesifikasi - panjang (m) - lebar (m) - tinggi (m)
15,3
10
12
3.10 Belt Conveyor
Tabel 3.10 Spesifikasi Belt Conveyor Kode
BC-01
Fungsi mengangkut sulfur granular dari gudang
G -01 ke Bucket elevator BE-01 Tipe
Belt conveyor continuous closed Jumlah
1 buah
Kondisi operasi - Tekanan (atm) - Suhu ( o C)
30
Spesifikasi - Panjang (ft) - Lebar belt (in)
- Cross sectional max. (ft 2 )
- Kecepatan belt (fpm) - Daya (Hp)
30
14 0,11
200
0,5
3.11 Hopper
Tabel 3.11 Spesifikasi Hopper Kode
H-01
Fungsi mengangkut sulfur padatan dari BC-01 ke M-01 Tipe
Conical hopper Jumlah
1 buah Kondisi operasi - Tekanan (atm) - Suhu ( o C)
30
Spesifikasi - Lebar (m) - Tinggi (m) - Tebal shell (in) - Diameter pembuka (in)
1,162 1,555
0,1875
5,09
3.12 Waste Heat Boiler
Tabel 3.12 Spesifikasi Waste Heat Boiler Kode
WHB-01
Fungsi Mendinginkan gas keluar burner Tipe
Kettle reboiler Panjang (ft)
Kondisi operasi - Suhu Hot fluid ( o C) Cold fluid ( o C)
- Tekanan Hot fluid (atm) Cold fluid (atm)
Spesifikasi Shell
- Kapasitas (kg/jam) - Material - P (psi)
Cold fluid (air)
Carbon Steel SA 167 grade C
diabaikan
Spesifikasi Tube
- Kapasitas (kg/jam) - Material - Jumlah - P (psi)
Hot fluid (gas keluar burner)
30.328,44 Carbon Steel SA 167 grade C
Dirt Factor (hr.ft 2 . o F/Btu)
Luas tr. Panas (ft 2 )
3.13 Economizer
Tabel 3.13 Spesifikasi Economizer Kode
EK-01
EK-02 Fungsi
Mendinginkan
campuran gas SO 3
keluaran HE-03
Mendinginkan campuran gas SO 3 keluaran reaktor bed IV Tipe
Double Pipe Heat
Exchanger
Double Pipe Heat Exchanger Panjang (ft)
20 20 Kondisi operasi - Suhu Hot fluid ( o C) Cold fluid ( o C)
35 – 204,65 Spesifikasi Annulus
- Kapasitas (kg/jam) - Material
- P (psi)
air 2.800 Carbon Steel SA 283
grade C diabaikan
air 2.120 Carbon Steel SA 283 grade C diabaikan Spesifikasi Inner pipe
- Kapasitas (kg/jam) - Material
- Jumlah - P (psi)
Gas keluaran HE-03
30.327,013 Carbon Steel SA 283
grade C
12 hairpin 0,719
Gas produk bed IV 20.596,155 Carbon Steel SA 283 grade C
9 hairpin 0,413
Dirt Factor (hr.ft 2 . o F/Btu)
Luas tr. Panas (ft 2 )
3.14 Heat Exchanger
Tabel 3.14 Spesifikasi Heat Exchanger Kode
HE-01
HE-02 Fungsi
Mendinginkan gas hasil
keluar bed I sekaligus memanaskan gas hasil
keluar AB-01
Mendinginkan gas hasil keluar bed II sekaligus memanaskan gas hasil
keluar AB-01 Tipe
Double Pipe Heat
Exchanger
Double Pipe Heat Exchanger Panjang (ft)
20 12 Kondisi operasi - Suhu Hot fluid ( o C) Cold fluid ( o C)
599,99 - 425 94,9 – 361,06
444,30 - 425 361,06 – 418,19 Spesifikasi Annulus
- Kapasitas (kg/jam) - Material
- P (psi)
Gas keluar bed I
30.327,01 Carbon Steel SA 357
Gas keluar bed II 30.327,01 Carbon Steel SA 283 grade C 1,760 Spesifikasi Inner pipe
- Kapasitas (kg/jam) - Material
- Jumlah - P (psi)
Gas keluaran AB-01
20.595,97 Carbon Steel SA 357
11 hairpin 0,828
Gas keluaran HE-01 20.595,97 Carbon Steel SA 283 grade C
11 hairpin 1,336
Dirt Factor (hr.ft 2 . o F/Btu)
Luas tr. Panas (ft 2 )
Kode
HE-03
Fungsi Mendinginkan gas hasil keluar bed III sekaligus memanaskan gas hasil keluar HE-02
Tipe Shell and Tube Heat Exchanger Panjang (ft)
Kondisi operasi - Suhu Hot fluid ( o C) Cold fluid ( o C)
- Tekanan Hot fluid (atm) Cold fluid (atm)
429,85 – 423,24 418,19 - 425
Spesifikasi Shell
- Kapasitas (kg/jam) - Material - P (psi)
Cold fluid (Gas keluar HE-02)
20.595,97 Carbon Steel SA 167 grade C
Spesifikasi Tube
- Kapasitas (kg/jam) - Material - Jumlah - P (psi)
Hot fluid (gas dari bed III)
30.327,01 Carbon Steel SA 283 grade C