TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK MELAMIN DARI UREA DENGAN PROSES BASF KAPASITAS 20.000 TONTAHUN
PRARANCANGAN PABRIK MELAMIN DARI UREA DENGAN PROSES BASF KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN
Oleh:
Amiroh Nurlaila Safitri
I 0506011
Esmiyatun
I 0506020
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA
2012
commit to user
commit to user
Segala puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, hanya karena rahmat dan ridho-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Melamin dari Urea dengan Proses BASF Kapasitas 20.000 Ton / Tahun” ini.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu, sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi, dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.
2. Wusana Agung Wibowo, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Enny Kriswiyanti Artati, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.
3. Dr. Sunu Herwi Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS.
4. Enny Kriswiyanti Artanti, S.T., M.T. dan Dwi Ardiana, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik.
5. Teman-teman mahasiswa jurusan teknik kimia, FT UNS, khususnya angkatan 2006
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
commit to user
6.4.7 Total Manufacturing Cost .......................................... 135
6.4.8 General Expense (GE) ................................................. 135
6.4.9 Total Production Cost (TPC) ...................................... 136
6.4.10 Analisa Kelayakan ....................................................... 139
Daftar Pustaka ................................................................................................. 140
Lampiran
commit to user
Gambar 1.1 Grafik kebutuhan melamin tahun 2006-2010 ........................... 3 Gambar 1.2 Peta lokasi perencanaan pembangunan pabrik .......................... 6 Gambar 1.3 Struktur molekul melamin ........................................................ 7 Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ............................................................. 34 Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ........................................................... 35 Gambar 2.3 Lay Out Pabrik .......................................................................
57 Gambar 2.4 Lay Out Peralatan Proses .......................................................... 59 Gambar 4.1 Diagram Pengolahan Air ........................................................... 89 Gambar 4.2 Diagram Alir Waste Water Treatment ...................................... 102 Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Melamin ......................................... 111 Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ............................................ 130 Gambar 6.2 Grafik Analisis Kelayakan ........................................................ 139
commit to user
Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost …........................................................ 136 Tabel 6.7 General Expense............................................................................ 136 Tabel 6.8 Analisa kelayakan ......................................................................... 138
commit to user
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Pada saat ini pemerintah Indonesia sedang melakukan pengembangan dalam berbagai bidang industri. Salah satunya dengan cara memenuhi kebutuhan bahan-bahan industri melalui pendirian pabrik-pabrik industri kimia.
Jumlah dan macam industri yang belum dapat dipenuhi sendiri cukup banyak dan biasanya diperoleh dengan cara mengimpor dari negara lain. Salah satu bahan yang diimpor dalam jumlah banyak adalah melamin.
Melamin adalah salah satu bahan yang dihasilkan oleh industri petrokimia dengan rumus C 3 H 6 N 6 juga dikenal dengan nama 2-4-6 triamino 1-3-5 triazine. Senyawa ini berbentuk kristal monocyclic berwarna putih. Melamin diantaranya digunakan sebagai bahan baku pembuatan melamin resin, bahan sintesa organik, bahan pencampur cat, pelapis kertas, tekstil, leather tanning dan lain-lain. Bahan baku yang digunakan pada proses pembuatan melamin adalah urea dan campuran amonia karbon dioksida sebagai fluidizing gas dengan katalis alumina.
Melihat kebutuhan melamin pada masa sekarang ini, seiring dengan industri-industri pemakainya yang semakin meningkat, maka pendirian pabrik melamin dirasa sangat perlu. Hal ini bertujuan untuk mengantisipasi permintaan didalam negeri, mengurangi impor melamin dan membuka lapangan kerja baru.
commit to user
Penentuan kapasitas pabrik melamin dengan pertimbangan pertimbangan sebagai berikut :
1.2.1 Perkiraan kebutuhan melamin di Indonesia
Berkembangnya industri-industri pemakai melamin di Indonesia, seperti Industri moulding, industri adhesive, industri surface coating menyebabkan kebutuhan melamin di Indonesia semakin meningkat. Saat ini Indonesia memiliki dua pabrik yang memproduksi melamin yaitu :
1. PT. Sri Melamin Rejeki (SMR) PT SMR mulai berproduksi pada tahun 1994 dengan kapasitas 20.000 ton/ tahun. Pabrik ini mendapat pasokan bahan baku dari PT pupuk Sriwijaya Palembang dan menggunakan proses BASF.
2. PT DSM Kaltim Melamin PT DSM Kaltim Melamin mulai beroperasi pada tahun 1996, sebagai hasil joint venture antara Pupuk Kalimantan Timur Tbk dengan DSM Holland dengan proses stamycarbon ( DSM ). Kapasitas design pabrik ini 40.000 ton/ tahun dan telah dinaikkan menjadi 50.000 ton / tahun.
Kebutuhan melamin yang belum terpenuhi oleh produksi dalam negeri, diimpor dari negara lain. Data-data produksi dan impor melamin Indonesia dari tahun 2006 sampai tahun 2010 disajikan pada tabel 1.1.
commit to user
No
Tahun
Impor ( kg )
Sumber : BPS Indonesia , 2011 Pabrik melamin ini direncanakan beroperasi pada tahun 2016.
Perkiraan kebutuhan impor pada tahun tersebut dapat dilihat dengan perhitungan menggunakan regresi linier data dari Tabel 1.1. Hasil regresi terlihat pada Gambar 1.1.
Gambar 1.1 Grafik kebutuhan melamin tahun 2006 -2010
Dari gambar 1.1 di atas, diperoleh rumus regresi linier : y = 2.10 6 x – 3.10 6
dengan y : kebutuhan impor ( kg/tahun )
x : tahun
y = 2.10 6 x – 3.10 6
commit to user commit to user
1.2.2 Ketersediaan bahan baku
Bahan baku pembuatan melamin berupa urea, dapat dipenuhi dari dalam negeri dimana produksi urea di Indonesia cukup besar. Hal ini dapat dilihat dari perkembangan produksi urea di Indonesia yang mengalami peningkatan setiap tahunnya dan telah diekspor dalam jumlah yang besar. Pabrik – pabrik urea yang ada di Indonesia ditunjukkan pada tabel 1.2.
Tabel 1.2 Pabrik Urea di Indonesia No.
Nama Pabrik
Lokasi
Kapasitas ( ton/th )
1. PT Pupuk Sriwijaya
Palembang, SumSel
2. PT Pupuk Iskandar Muda
Lhokseumawe, NAD
3. PT Petrokimia Gresik
Gresik, Jawa Timur
4. PT Pupuk Kujang
Cikampek, Jawa Barat
5. PT Pupuk Kaltim
Bontang, Kaltim
1.2.3 Kapasitas Pabrik yang Berproduksi
Dari data yang ada pada Ullman’s Encyclopedia of Industry Chemistry, menunjukkan bahwa kapasitas pabrik melamin yang ada di dunia berkisar antara 10.000-90.000 ton / tahun. Tabel 1.3 menunjukkan beberapa diantara produsen melamin yang telah yang telah beroperasi di dunia.
commit to user
Negara
Perusahaan
Kapasitas (ton/tahun)
Fed. Rep. Germany
Chemie Linz
Polimex Cekop
28.000 Rumania
Romchim
12.000 Soviet Union
Mitsui Toatsu
38.000 Taiwan
Taiwan Fertilizer
10.000 Sumber : Ullman’s 6 th edition, 2002
Kapasitas pabrik yang akan didirikan harus berada di atas kapasitas minimal atau sama dengan kapasitas pabrik yang sedang berjalan (Meyers, 1960). Berdasarkan data kebutuhan dalam negeri, ketersediaan bahan baku dan referensi kapasitas pabrik melamin yang sudah ada maka untuk perancangan awal pabrik melamin ini ditetapkan dengan kapasitas 20.000 ton/tahun.
1.3 Lokasi Pabrik
Lokasi yang dipilih untuk pendirian pabrik melamin ini adalah daerah kawasan industri Cikampek, Jawa Barat. Peta lokasi tersebut dapat dilihat pada gambar 1. 2.
commit to user
Gambar 1. 2 Peta lokasi perencanaan pembangunan pabrik Pemilihan lokasi ini berdasarkan pada beberapa faktor :
1. Penyediaan bahan baku Bahan baku pembuatan melamin adalah urea yang kebutuhannya didapat dari PT. Pupuk Kujang yang berada di daerah Cikampek, Jawa Barat.
2. Daerah Pemasaran Industri pemakai produk Melamin di pulau jawa, seperti Jawa Timur, Jawa Barat, dan Jawa Tengah, DKI Jakarta sebagai contoh PT Arjuna Karya Utama, PT Aica Indonesia, PT Perstorp Bumi Raya, dan lain-lain.
3. Penyediaan bahan bakar dan energi Daerah Cikampek merupakan kawasan industri sehingga penyediaan bahan bakar dan energi dapat dipenuhi dengan baik.
4. Penyediaan Air Kebutuhan air untuk proses produksi dapat diperoleh dari sumber air Sungai Parungkadali dan sungai Cikao.
Lokasi pendirian pabrik
commit to user
NH H 2 2 N
NH 2
Sarana transportasi darat di daerah Cikampek sangat memadai karena tersedianya jalan raya dan rel atau jalur kereta api. Disamping itu dekat dengan pelabuhan laut untuk keperluan transportasi laut.
6. Tenaga kerja Kawasan Cikampek berlokasi tidak jauh dari wilayah Jabotabek yang sarat dengan lembaga pendidikan formal sehingga memiliki potensi tenaga ahli maupun non ahli baik dari segi kualitas maupun kuantitas.
7. Karakterisasi lokasi Daerah Cikampek merupakan kawasan industri sehingga untuk pendirian suatu pabrik akan lebih mudah.
1.4 Tinjauan Proses
Menurut Ullman’s Encyclopedia of Industry Chemistry ( 2002 ), melamin pertama kali dipelajari oleh Leibig pada tahun 1834. Pada saat itu Leibig mendapatkan melamin dari proses fusi antara potasium thiosianat dengan amonium klorida. Kemudian di tahun 1885 A.W Von Hoffman mempublikasikan struktur molekul melamin, tampak pada gambar 1.3 :
Gambar 1.3 Struktur Molekul Melamin
commit to user commit to user
Pada sekitar tahun 1960, melamin diproduksi dari dicyanamid. Proses ini berlangsung didalam autoclave pada tekanan 10 Mpa dan suhu 400 0 C dengan adanya gas amoniak, sesuai persamaan reaksi 3H 2 NC(NH)NHCN 2 C 3 N 6 H 6 .................................................. ( 1.1 )
dicyanamid
melamin
Pada awal 1940, Mackay menemukan bahwa melamin juga bisa disintesa dari urea pada suhu 400 0 C dengan atau tanpa katalis. Sejak saat itu melamin
mulai diproduksi dari bahan baku urea. Dan penggunaan dicyanamid sebagai bahan baku dihentikan pada akhir dekade 1960.
1.4.1 Macam-Macam Proses
Melamin dapat disintesa dari urea pada suhu 350 – 400 0 C dengan persamaan reaksi sebagai berikut: 6H 2 N – CO – NH 2 C 3 N 3 (NH 2 ) 3 + 6 NH 3 + 3 CO 2 .................. ( 1.2 ) urea
melamin amoniak karbondioksida
Reaksinya bersifat endotermis membutuhkan 629 KJ per mol melamin. Secara garis besar proses pembuatan melamin dapat diklasifikasikan menjadi 2 :
1. Proses tekanan rendah dengan menggunakan katalis.
2. Proses tekanan tinggi (³8 Mpa) tanpa menggunakan katalis.
commit to user commit to user
1. Proses Tekanan Rendah dengan Menggunakan Katalis. Proses tekanan rendah dengan katalis menggunakan reaktor fluidized bed pada tekanan atmosferik sampai 1 Mpa pada suhu 390 – 410 0 C. Sebagai
fluidizing gas digunakan amoniak murni atau campuran antara amoniak dan karbondioksida yang terbentuk selama reaksi.. Katalis yang digunakan yaitu silika dan alumina.
Melamin meninggalkan reaktor berupa gas bersama dengan fluidizing gas. Kemudian dipisahkan dari amonia dan karbondioksida dengan quenching gas atau menggunakan air (yang diikuti dengan kristalisasi) atau sublimasi. Pada proses menggunakan katalis, langkah pertama adalah dekomposisi urea menjadi asam isocyanat dan amonia kemudian diubah menjadi melamin. Mekanisme Reaksi :
6 (NH 2 ) 2 CO
6 NH=C=O + 6 NH3
DH = 984kj / mol ........( 1.3 )
6 NH=C=O
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 + 3 CO 2 DH = -355 kj / mol ......( 1.4 )
6 (NH 2 ) 2 CO
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 + 6 NH 3 DH = 629 kj / mol .......( 1.5 )
Yield yang diperoleh adalah 90 – 95 %. Ada 4 proses pada tekanan rendah yaitu:
a. Proses BASF (Badische Anilin and Soda Fabrik) Pada proses ini menggunakan reaktor satu stage, dimana lelehan urea diumpankan ke fluidized bed reactor pada suhu 395 - 400 0 C pada tekanan atmosferik. Katalis yang digunakan adalah alumina dengan fluidizing
commit to user commit to user
Campuran gas kemudian masuk desublimer lalu bercampur dengan off gas yang telah direcycle pada temperatur 140 0 C hingga berbentuk kristal melamin. Lebih dari 98 % melamin dapat mengkristal. Kristal melamin yang dihasilkan dipisahkan dari campuran gas dengan menggunakan siklon. Gas recycle dari siklon dialirkan ke scrubber atau washing tower untuk mengambil urea yang tidak beraksi, dan gas digunakan sebagai fluidizing gas pada reaktor dan media pendingin pada desublimer. Proses ini dapat menghasilkan melamin dengan kemurnian 99,9 %.
b. Proses Chemie linz Proses ini ada dua tahap, tahap pertama yaitu molten urea terdekomposisi dalam fluidized sand bed reactor sehingga menjadi amonia dan asam isocyanic pada kondisi suhu 350 0 C dan tekanan 0,35 Mpa. Amonia digunakan sebagai fluidizing gas. Panas yang dibutuhkan untuk dekomposisi disuplai ke reaktor oleh lelehan garam panas yang disirkulasi melalui koil pemanas. Aliran gas kemudian diumpankan ke fixed bed reactor dimana asam
isocyanic dikonversi menjadi melamin pada suhu 450 0 C dan tekanan mendekati tekanan atmosfer. Melamin dipisahkan dari hasil reaksi yang
commit to user commit to user
c. Proses Stamicarbon Seperti pada proses BASF, proses DSM Stamicarbon menggunakan reaktor satu stage. Proses berlangsung pada tekanan 0,7 Mpa, dengan fluidizing gas berupa amonia murni. Katalis yang digunakan berupa alumina dan silika.
Lelehan urea diumpankan kedalam reaktor bagian bawah. Katalis silika alumina difluidisasi oleh amonia yang masuk ke reaktor bagian bawah dari reaktor fluidized bed. Reaksi dijaga pada suhu 400 0 C dengan
mensirkulasi lelehan garam melewati koil pemanas dalam bed katalis.
Melamin yang terkandung dalam campuran zat keluaran reaktor kemudian di quencing. Pertama dalam quench cooler kemudian dalam scrubber untuk di scrub dengan mother liquor dari centrifuge. Dari scrubber, suspensi melamin dialirkan kedalam kolom KO drum dimana sebagian dari
amonia dan CO 2 terlarut dalam suspensi dipisahkan, lalu campuran gas ini dialirkan ke absorber dan akan membentuk amonium karbamat dari KO drum kemudian produk dialirkan ke mixing vessel dan dicampur dengan karbon aktif. Kemudian dimasukkan dalam precoat filter kemudian airnya
commit to user commit to user
d. Proses Osterreichische Stickstoffwerke ( OSW ) Dalam proses ini dibagi menjasi 2 tahapan yaitu :
1. Terdekomposisinya urea dalam reaktor unggun terfluidisasi ( fluidized bed reaktor ).
2. Terbentuknya melamin dalam fixed bed catalytic reaktor. Urea yang digunakan dalam pembuatan melamin berbentuk butiran – butiran kecil ( prilled urea ) dengan kemurnian 99,3%.
2. Proses Tekanan Tinggi Tanpa Menggunakan Katalis
Reaksi yang terjadi pada tekanan tinggi dengan tekanan lebih dari 7 Mpa
dan suhu yang digunakan lebih dari 370 0 C.
Secara umum, lelehan urea dimasukkan dalam reaktor menjadi campuran lelehan urea dan melamin. Proses ini menghasilkan melamin dengan kemurnian >94 %. Panas yang dibutuhkan untuk reaksi disuplai dengan electric heater atau sistem heat transfer dengan menggunakan lelehan garam panas. Mekanisme reaksi yang terjadi sebagai berikut :
3 (NH 2 ) 2 CO
3 HOCN + 3 NH 3 ......................................... . ( 1.6 ) urea
cyanic acid
3 HOCN (NCOH) 3 ........................................................ ( 1.7 )
cyanuric acid
(NCOH) 3 + 3 NH 3 C 3 N 3 (NH 2 ) 3 +3H 2 O ...................................... ( 1.8 )
melamin
commit to user
6 (NH 2 ) 2 CO
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 + 6 NH 3 + 3 CO 2 ...................... ( 1.10 )
Pada proses dengan tekanan tinggi dikenal ada 3 macam proses, yaitu :
a. Proses Melamin Chemical Process Proses ini menghasilkan melamin dengan kemurnian 96 – 99,5 %. Molten urea yang dikonversi menjadi melamin dalam reaktor tubuler pada suhu 370
– 425 0 C dan teakanan 11 – 15 Mpa, liquid melamin dipisahkan dari off gas dalam gas separator dimana produk melamin akan terkumpul dibagian bawah. Produk yang keluar diquencing dengan NH 3 cair pada unit pendingin, konversi yang dihasilkan adalah 99,5 %. Molten urea diumpankan ke reaktor pada suhu 150 0 C. Campuran hasil reaksi meninggalkan reaktor masuk ke quencher kemudian diquenching dengan amonia cair dan CO 2 untuk mengendapkan melamin. Amonia dan CO 2 terpisah dibagian atas quencher direcycle ke pabrik urea.
b. Proses Montedison Proses ini berlangsung pada suhu 370 0 C dan tekanan 7 Mpa.Panas reaksi disuplai dengan sistem pemanasan menggunakan lelehan garam. Hasil reaksi yang dihasilkan kemudian diquencing dengan amonia cair dan CO 2 untuk mengendapkan melamin, sedangkan gas CO 2 dan NH 3 direcycle ke pabrik urea.
c. Proses Nissan Proses Nissan berlangsung pada suhu 400 0 C dan tekanan 10 Mpa. Produk melamin yang dihasilkan didinginkan dan diturunkan tekanannya dengan
commit to user commit to user
( Ullman’s, 2002 ) Dari beberapa proses di atas, diperoleh perbandingan proses yang tertera dalam tabel 1.4.
commit to user
commit to user commit to user
1.4.2 Kegunaan Produk
Kegunaan melamin diantaranya adalah digunakan sebagai bahan baku pembuatan melamin resin, bahan sintesa organik, leather tanning, dan lain-lain. Berikut beberapa sektor industri yang menggunakan bahan baku melamin.
1. Industri adhesive, merupakan industri yang memproduksi adhesive untuk keperluan industri woodworking seperti industri plywood, industri blackboard, industri particleboard.
2. Industri moulding, yang merupakan industri yang diantaranya menghasikan alat keperluan rumah tangga.
3. Industri surface coating, yakni industri yang menghasilkan cat, thinner, dempul.
4. Industri laminasi, yaitu industri yang menghasilkan furniture. Sebagai gambaran, pada tabel 1.5 dibawah ini adalah prosentase penggunaan melamin dibeberapa negara maju di dunia.
commit to user
Kegunaan
Eropa
Amerika Serikat
6% Glue, adhesive
62% Industri moulding
12% Kertas dan tekstil
3% Lain – lain
Sumber : Ullman’s 6 th edition, 2002
1.4.3 Sifat fisis dan kimia bahan baku dan produk
1. Sifat fisis dan kimia bahan baku.
Ø Sifat fisis urea :
ª Rumus molekul : NH 2 CONH 2
ª Berat molekul
: 60,06 g/mol
ª Titik leleh
: 132,7 0 C
ª Titik didih
: 1,32 g/cc
ª Bulk density
: 0,74 g/cc
ª Spesific gravity : 1,335 ª Energi Bebas Pembentukan (25 o
C) : -42,120 cal/g mol
commit to user
ª Panas larutan, dalam air
: 58 cal/g, endotermik
ª Panas kristalisasi
: 110 cal/g, eksotermik
ª 70% densitas bulk larutan urea : 0,74 g/cm 2
Sifat fisis urea melt pada suhu 135 o C ( Ullman’s , 2002 ) : ª Densitas
: 1247 kg/m 3
ª Volume molecular
: 48.16 m 3 /kmol
ª Viskositas kinematik
: 2,42 x 10 -6 m 2 /s
ª Kapasitas panas molar : 135,2 J/mol K ª Kapasitas panas spesific : 2.25 kJ/kg K ª Surface Tension
: 66,3 x 10 -3 N/m
Ø Sifat kimia urea : ª Pada tekanan rendah dan temperatur tinggi urea akan menjadi biuret
2CO(NH 2 ) 2 NH 2 CONHCONH 2 ....................................... ( 1.11 )
ª Bereaksi dengan formaldehid membentuk monometilourea dan dimetilourea
tergantung dari perbandingan urea dan formaldehid ª Pada tekanan vakum dan suhu 180 – 190 0 C akan menyublim menjadi
amonium cyanat (NH 4 OCN) ª Pada tekanan tinggi dan adanya amonia akan merubah menjadi cyanic acid
dan cynuric acid
3 (NH 2 ) 2 CO
3 HOCN + 3 NH 3 ....................................... ( 1.12 )
commit to user
ª Dalam amonia cair akan membentuk urea-amonia CO(NH 2 ) 2 , NH 2 , yang
terdekomposisi pada suhu diatas 45 0 C.
2. Sifat fisis dan kimia produk v Sifat fisis melamin ( Ullman’s , 2002 ) : ª Rumus molekul
:C 3 N 6 H 6
ª Berat molekul
: 126,13 g/mol
ª Titik leleh
: 345 0 C
ª Panas pembentukan (25 0 C)
: 71,72 kJ/mol
ª Panas pembakaran (25 0 C)
: -1976 kJ/mol
ª Panas sublimasi (25 0 C)
: -121 kJ/mol
ª Density
: 1,573 g/cm 3
ª Kapasitas panas (Cp)
- Pada 273 –353 0 K
: 1470 J kg -1 K -1
- Pada 300 – 450 0 K
: 1630 J kg -1 K -1
- Pada 300 – 550 0 K
: 1720 J kg -1 K -1 ª Kelarutan dalam suhu 300 0 C dalam gr/100 ml pada :
- Etanol
: 0,06 g/100 cc
- Aceton
: 0,03 g/100 cc
- Air
: 0,5 g/100 cc
ª Entropi (25 0 C)
: 149 J K -1 mol -1
ª Energi gibs (25 0 C)
: 177 kJ/mol
ª Entropi pembentukan (25 0 C)
: -835 J K -1 mol -1
commit to user
ª Tekanan kritis
: 99,47 atm
v Sifat kimia melamin : Ø Hidrolisa dengan basa, jika direaksikan dengan NaOH akan membentuk
ammeline/ ammelide Ø Pembentukan garam Melamin adalah basa lemah yang akan membentuk garam jika bereaksi
dengan asam organik maupun anorganik. Dimana kelarutan garam melamin tidak terlalu tinggi jika dibandingkan dengan melamin bebas.
Ø Reaksi dengan aldehid, melamin bereaksi dengan aldehid membentuk
bermacam-macam produk yang paling penting adalah reaksi dengan formaldehid membentuk resin.
Me(NH 2 ) 3 +6 CH 2 O
Me(N(CH 2 OH) 2 ) 3 ............................. ( 1.14 ) Me adalah molekul melamin dimana semua atom hidrogen yang ada pada melamin diganti dengan gugus methylol dan menghasilkan produk dari Monomethylol sampai hexamethylol melamine. Methylolmelamine sedikit larut dalam sebagian besar solven dan sangat tidak stabil karena diikuti oleh reaksi resinifikasi/ kondensasi. Reaksi
MeNHCH 2 OH + H 2 N-Me
MeNHCH 2 NHMe + H 2 O ................. ( 1.15 )
2 MeNHCH 2 OH
MeNHNH 2 OCH 2 NHMe + H 2 O ................... ( 1.16 )
commit to user commit to user
Acylasi melamin dapat terjadi dengan sejumlah anhydrid melalui tahap triacyl Ø Reaksi dengan amine Substitusi melamin dengan gugus alkil pada atom H yang menempel pada
gugus N dapat terjadi seperti pada reaksi dibawah ini : (C 3 H 3 )(NH 2 ) 3 + RNH 2 NH 3 + R(C 3 H 3 )(NH 2 ) 2 ...................... ( 1.17 ) Ø Klorinasi Klorinasi melamin yang terjadi cenderung mengganti semua atom hidrogen. Air yang dihasilkan pada reaksi akan menghidrolisa menghasilkan nitrogen triklorida yang berbahaya pada proses klorinasi, melamin stabil ketika kondisinya kering.
1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum
Proses pembuatan melamin dari urea dengan proses BASF ini menggunakan reaktor fluidized bed pada suhu 395 0 C dan tekanan 2 atm. Sebelum
masuk ke unit reaksi, bahan baku yang berupa urea prill dilelehkan terlebih dahulu dan masuk ke dalam reaktor berwujud lelehan. Katalis yang digunakan adalah alumina, sedangkan untuk media fluidisasi digunakan recycle gas yang telah
dipanaskan sampai suhu 400 0 C. Urea akan menguap secara spontan dan terjadi reaksi sebagai berikut :
6 (NH 3 ) 2 CO (g) C 3 N 3 (NH 2 ) 3(g) + 6 NH 3 (g) + 3 CO 2 (g) ....................... ( 1.18 ) Urea
Melamin
Amoniak Karbondioksida
commit to user
Yield dari reaksi di atas adalah 95 %. Gas melamin, urea yang tidak bereaksi, amonia dan karbondioksida yang terbentuk keluar reaktor secara bersama-sama. Bersamaan dengan itu, keluar pula biuret yang merupakan zat yang terkandung dalam urea dan bersifat inert dalam reaksi ini. Selama reaksi berlangsung, tidak ada penambahan katalis,karena deaktivasi katalis terjadi selama 3 tahun.
Produk yang berupa campuran gas kemudian didinginkan sampai suhu 200
0 C, dimana suhu dijaga konstan dengan menambahkan recycle off gas yang bersuhu 130 0 C sebagai pendingin. Proses pendinginan bertujuan untuk
mengkristalkan melamin sedangkan urea yang tidak bereaksi dan biuret masih dalam bentuk gas. Kemudian kristal melamin dan gas-gas hasil reaksi dipisahkan dalam separator, sehingga diperoleh produk melamin dengan kemurnian tinggi. Gas-gas hasil reaksi diproses kembali untuk mendapatkan urea, sedangkan gas karbondioksida dan amoniak digunakan sebagai media fluidisasi dan sebagai media pendingin.
commit to user
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku
a. Urea
Urea diperoleh dari PT Pupuk Kujang, dengan spesifikasi sebagai berikut : ¨ Wujud
: padat, berbentuk prill
¨ Ukuran butiran
: 1-3,35 mm 97%
¨ Kemurnian minimum : 99 % berat
¨ H 2 O maksimum
: 0,5 % berat
¨ Biuret maksimum
: 0,5 % berat
¨ Kadar Nitrogen
¨ Warna maksimum
: 15 APHA
¨ Titik leleh
: 132 0 C
¨ NH 3 bebas maksimum : 150 ppm ¨ Turbidity
: 20 APHA
b. Katalis alumina
Katalis alumina diperoleh dari Qingdao Wish Chemicals Co.,Ltd dengan spesifikasi : ¨ Wujud
: Padat
¨ Surface area
: 175 m 2 /g
commit to user
¨ Diameter
: 0,14 cm
¨ Bulk density
: 413,088 kg/m 3
¨ Porositas
¨ Volume pori
: 0,3888 cc/ g partikel
2.1.2 Spesifikasi Produk
Melamin
Spesifikasi melamin di pasaran adalah sebagai berikut: ¨ Wujud
: Padat
¨ Bentuk
: Kristal putih
¨ Urea maksimum
¨ Biuret maksimum
¨ Nilai pH
¨ Bulk density
: 423,088 kg/m 3
¨ Ukuran partikel
: 15 – 100 mikron
¨ Warna maksimum
: 20 APHA
¨ Tidak higroskopis
commit to user
2.2.1 Mekanisme Reaksi Melamin dapat dibuat dari urea pada suhu 390 – 410 0 C yang merupakan reaksi dekomposisi urea. 6H 2 N – CO – NH 2 3 C N 3 (NH 2 ) 3 + 6 NH 3 + 3 CO 2 ..................... ( 2.1 ) Urea
Melamin Amoniak Karbon dioksida Reaksi pembentukan melamin dari urea melalui dua tahap reaksi. Tahap pertama yaitu dekomposisi urea menjadi asam isocyanat dan amonia, tahap kedua asam isocyanat berubah menjadi melamin dan karbondioksida. Pada proses ini
digunakan katalis alumina (Al 2 O 3 ).
Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut :
1. Dekomposisi urea menjadi asam isocyanat dan amonia
6 (NH 2 ) 2 CO (g) 6 NH = C =O (g) + 6 NH 3 (g) ........................................ ( 2.2 )
2. Asam isocyanat berubah menjadi melamin dan karbondioksida
6 NH = C = O
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 (g) + 3 CO 2 (g) ......................................... ( 2.3 )
6 (NH 2 ) 2 CO (g) C 3 N 3 (NH 2 ) 3 (g) + 6 NH 3 (g) + 3 CO 2 (g) ......................... ( 2.4 )
Reaksi tersebut berlangsung pada fasa gas dengan bantuan katalis berfase padat. Yield yang diperoleh sebesar 95 %.
Mekanisme reaksi katalitik dituliskan : AàB+C
BàD+E
commit to user
A = urea
B = asam isocyanat
C = amonia
D = melamin
E = karbon dioksida Cv = konsentrasi di puncak kosong katalis Ct = konsentrasi di puncak aktif katalis
1. Adsorbsi 瘸 . ↔ 瘸.
2. Reaksi permukaan 瘸. ↔ . +C
3. Reaksi permukaan . ↔ ่. +E
commit to user
.................................................................................. ( 4 ) Persamaan 1, 3, dan 4 sangat cepat, sehingga :
........................................................................................ ( 7 ) Persamaan 5, 6, dan 7 dimasukkan ke persamaan 2 嘘㸨
嘘㸨 tidak ada saat awal reaksi à
Sehingga persamaan menjadi : 嘘㸨
.......................................................................................... ( 8 ) NM puncak : 嘘
commit to user commit to user
Sehingga persamaan menjadi : 嘘
嘘 ..................................................................................................... (9) Persamaan 9 disubtitusikan ke persamaan 8 :
Jadi dapat disimpulkan bahwa yang mengontrol adalah reaksi permukaan.
2.2.2 Kondisi Operasi
Proses pembuatan melamin dari bahan baku urea dijalankan pada kondisi : ¨ Reaktor
: Fluidized bed reactor
¨ Suhu
: 395 0 C (Ullmann’s 6th edition, 2002)
commit to user
Reaksi pembentukan melamin adalah reaksi endotermis. Bila ditinjau dari energi bebas Gibbs diperoleh rumus dari Smith Van Ness (1996) : DG = DG Produk - DG Reaktan R
= 8,314 J/mol K T
= 668 K
Diketahui DG f 0 masing-masing komponen pada 298 K : CO(NH 2 ) 2 = 30,69 kJ/mol (NCNH 2 ) 3 = 177 kJ/mol CO 2 = -394,38 kJl/mol NH 3 = -16,4 kJ/mol
DG 0 reaksi
= DG 0 Produk - DG 0 Reaktan
DG 0 reaksi = [ (177 + 3 (-394,38) + 6 (-16,4)) – 6 (30,69)] kJ/mol = -1288,68 kJ/mol
Harga konstanta kesetimbangan (K) pada suhu 395 0 C (668 K) diperoleh dengan rumus ( Smith – Van Ness,1996 ) :
= exp (-DG / RT )
In K =
K 668 J/mol.K x 668 8,314
kJ/mol 1288,68
In K = 232,038 K
= 5,93 x 10 100
commit to user commit to user
Sedangkan jika ditinjau dari nilai entalphi panas, diperoleh : DH R = DH f Produk - DH f Reaktan Diketahui nilai DH f masing-masing komponen sebagai berikut : CO(NH 2 ) 2 = -333,6 kJ/mol (NCNH 2 ) 3 = -71,72 kJ/mol
CO 2 = -393,5 kJl/mol NH 3 = -45,9 kJ/mol
DH 0 reaksi
= DH 0 Produk - DH 0 Reaktan
DH 0 reaksi = [ (-71,72 + 3 (-393,5) + 6 (-45,9)) – 6 (-333,6)] kJ/mol = 473,98 kJ/mol
Dari perhitungan entalpi panas, didapatkan nilai positif. Hal ini menunjukkan bahwa reaksi berjalan secara endotermis.
2.2.4 Tinjauan Kinetika Reaksi
Tinjauan kinetika dapat diketahui dari rumus Archenius : k = A . exp (-Ea/RT) dimana : k
= kecepatan reaksi
= konstanta gas ideal
A = faktor tumbukan
= suhu
Ea = energi aktivasi
commit to user
1. Faktor tumbukan diperbesar Faktor tumbukan dapat diperbesar dengan pengadukan.
2. Energi aktivasi kecil Energi aktivasi dapat diperkecil dengan adanya katalis.
3. Suhu operasi besar Reaktor yang digunakan adalah fluidized bed reactor sehingga temperatur dapat dianggap seragam meskipun untuk reaktor yang sangat endotermis (Ullmann, 2002). Sehingga berlaku persamaan (Levenspiel, 1972) :
Untuk Pabrik Melamin dengan proses BASF dengan T = 395 0 C didapat data :
Residence time = 30 detik
( US Patent : 20100184976A1 ) Yield urea
(Ullman , 2002) Konversi
3 C N 3 (NH 2 ) 3 (g) + 6NH 3(g) + 3CO 2(g) .............................. ( 2.5 ) Persamaan kecepatan reaksi: * Reaksi gas :
V =V 0 .(1+
commit to user
* Untuk reaksi menggunakan reaktor fluidized bed, didekati dengan menggunakan persamaan pada RAP, yaitu :
V=F A0 . ò
X A r dt
dt = C A0 .V 0 ò
0,95 - 1 -
A . 0999 , 0 k= 0
commit to user
2.3.1 Diagram Alir Proses
Diagram alir pra rancangan pabrik melamin dari urea dengan proses BASF dapat ditunjukkan dalam 2 macam, yaitu :
a. Diagram alir kualitatif ( Gambar 2.1 )
b. Diagram alir kuantitatif ( Gambar 2.2 )
commit to user
commit to user
commit to user
Proses pembuatan melamin dengan metode BASF dari urea dapat dibagi menjadi tiga tahap :
1. Tahap persiapan bahan baku
2. Tahap reaksi
3. Tahap pemurnian produk
2.3.2.1. Tahap Penyiapan Bahan Baku
Bahan baku urea yang berwujud padat (prill) dengan kemurnian 99% berat disimpan di silo penyimpanan urea (SL-01) pada suhu kamar dan tekanan 1 atm. Dari silo penyimpanan, urea prill diumpankan ke melter (M-01) untuk
dilelehkan pada suhu 140 0 C tekanan 1 atm. Pada kondisi ini urea meleleh dan kandungan airnya akan menguap. Dari melter lelehan urea lalu dipompa ke holding tank (T-01). Dari holding tank lelehan urea dialirkan ke dua tempat, yaitu scrubber (SC-01) dan reaktor (R-01). Pada scrubber lelehan urea digunakan untuk mengambil sisa melamin yang terikut dalam off gas. Lelehan urea dari scrubber dikembalikan lagi ke holding tank dan bercampur dengan lelehan urea dari melter. Lelehan urea dari
holding tank pada suhu 161 o
C dipompa dan dipanaskan di heat exchanger (HE-
01 dan HE-02) sampai suhu 395 o
C, tekanan 2,2 atm. Selanjutnya lelehan urea digunakan sebagai umpan pada reaktor.
2.3.2.2. Tahap Reaksi
Lelehan urea kemudian diinjeksikan ke reaktor fluidized bed melalui beberapa nozzle pada reaktor. Lelehan urea akan menguap secara spontan dan
commit to user commit to user
dipanaskan sampai suhu 395 o
C, tekanan 2,2 atm, selanjutnya digunakan sebagai fluidizing gas pada reaktor. Reaktor beroperasi pada suhu 395 o
C, tekanan 2 atm, dan menggunakan
katalis alumina. Reaksi yang terjadi berlangsung secara endotermis. Kebutuhan panas reaksi disuplai dari molten salt yang dialirkan melalui coil di dalam reaktor.
Di dalam reaktor terjadi penguraian urea menjadi melamin, amonia, dan karbondioksida. Konversi yang diperoleh sebesar 95% dan yield 95%. Gas hasil
reaksi keluar reaktor pada suhu 395 o
C, tekanan 2 atm berupa campuran gas
melamin, amonia, karbondioksida, biuret dan urea yang tidak bereaksi.
2.3.2.3. Tahap Pemurnian Produk
Gas hasil reaksi keluar dari reaktor, kemudian didinginkan di heat exchanger (HE-03) sampai suhu 310 o
C. Gas tersebut kemudian masuk
desublimer. Dalam desublimer, gas tersebut dikontakkan dengan off gas dari scrubber yang telah didinginkan dalam heat exchanger (HE-04) sampai suhu 146 o
C. Off gas digunakan sebagai pendingin (quenching gas) sehingga gas melamin akan mengkristal. Kebutuhan quenching gas adalah 3,5 kg untuk 1 kg melamin.
commit to user
A 16) . Kristal melamin dan gas – gas hasil reaksi keluar desublimer pada suhu 195 o
C. Kemudian dialirkan menuju cyclone separator (CY-02). Di dalam CY-02
terjadi proses pemisahan antara padatan kristal dengan off gas dimana semua kristal yang terbentuk dapat terpisahkan sebagai produk. Kristal melamin yang
masih bersuhu 195 0 C ini didinginkan dalam cyclone suspension cooler (CY-03 dan CY-04) sampai suhu 40 0 C. Kemudian kristal melamin disimpan dalam silo
(SL-02) untuk selanjutnya dilakukan packaging dan bagging, lalu disimpan di gudang dan siap untuk dipasarkan.
Gas keluar cyclone separator sebagai off gas sebagian dialirkan menggunakan blower (BL-01) menuju percabangan purging. Di percabangan aliran gas di bagi menjadi dua bagian. Yang pertama menuju scrubber untuk selanjutnya digunakan sebagai fluidizing gas dan quenching gas, sedangkan sisanya dipurging. Di dalam scrubber terjadi proses pemisahan urea dan melamin yang terikut pada off gas. Pada scrubber, off gas dikontakkan dengan lelehan urea
yang memiliki suhu 161 o
C sehingga suhu off gas akan turun sampai 179 o C.
Karena penurunan suhu ini maka komponen yang kondensable dalam off gas sebagian besar akan mengembun dan terbawa oleh lelehan urea. Sedangkan gas yang tidak terbawa oleh lelehan urea akan keluar dari scrubber. Sebagian gas digunakan sebagai pendingin pada desublimer dan sementara sisanya digunakan sebagai fluidizing gas pada reaktor.
commit to user
Produk
: Melamin 99,9% berat
Kapasitas
: 20.000 ton/tahun
Satu tahun produksi
: 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam
2.4.1 Neraca Massa Overall
Satuan yang digunakan : kg/jam Tabel 2.1 Neraca Massa Overall
Arus 11 (NH 2 ) 2 CO
(CONH 2 ) 2 NH
Sub Total
commit to user
1. Neraca Massa di Melter
Tabel 2.2 Neraca Massa di Melter ( M-01)
CO(NH 2 ) 2 7282,52
(CONH 2 ) 2 NH
Sub Total
2. Neraca Massa di Tangki ( T-01 ) Tabel 2.3 Neraca Massa di Tangki ( T-01 )
CO(NH 2 ) 2 7282,52
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 0 37,11
37,11 NH 3 0 0 0 CO 2 0 0 0
Sub total
commit to user
Tabel 2.4 Neraca Massa di Scrubber ( SC-01)
CO(NH 2 ) 2 5652,48
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 15,83
Sub total
4. Neraca Massa di Purging ( Tee-01 ) Tabel 2.5 Neraca Massa di Purging ( Tee-01 )
CO(NH 2 ) 2 378,67
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 25,48
commit to user
Tabel 2.6 Neraca Massa di Percabangan ( Tee-02 )
CO(NH 2 ) 2 13251,19
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 37,11
Sub Total
6. Neraca Massa di Reaktor ( R-01 )
Tabel 2.7 Neraca Massa di Reaktor ( R-01 )
CO(NH 2 ) 2 7598,71
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 21,28
commit to user
Tabel 2.8 Neraca Massa di Desublimer ( DS-01 )
CO(NH 2 ) 2 379,94
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 2548,21
Sub total
8. Neraca Massa di Percabangan ( Tee-03 ) Tabel 2.9 Neraca Massa di Percabangan ( Tee-03 )
CO(NH 2 ) 2 0 0 0
(CONH 2 ) 2 NH
Sub Total
commit to user
Tabel 2.10 Neraca Massa di Cyclone ( CY-02 )
CO(NH 2 ) 2
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 2548,21
2.4.3 Neraca Panas Overall
Satuan yang digunakan : kkal/jam
Tabel 2.11 Panas Masuk Proses Overall
Komponen
Panas Masuk
Qkompresi (NH 2 ) 2 CO
5.592
(CONH 2 ) 2 NH
Sub Total
commit to user
commit to user
1. Neraca Panas di Melter ( M-01 )
Tabel 2.13 Neraca Panas di Melter ( M-01 )
Komponen
Input (kkal)
Output (kkal)
CO(NH 2 ) 2 5.591,75
438.350,87 (CONH 2 ) 2 NH
1.255,13 H 2 O
19.918,60 Sub total
2. Neraca Panas di Tangki ( T-01 )
Tabel 2.14 Neraca Panas di Tangki (T-01 )
Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
Q 3 Q 13 Q 4
CO(NH 2 ) 2 346.541,23
(CONH 2 ) 2 NH
commit to user
Tabel 2.15 Neraca Panas di Scrubber ( SC-01 )
Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
Q 5 Q 12 Q 13 Q 14
CO(NH 2 ) 2 319.802
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 3.143
4. Neraca panas di Heat Exchanger ( HE-01 )
Tabel 2.16 Neraca Panas di Heat Exchanger ( HE-01 )
Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
Q 6 in Q salt in
Q 6 out
CO(NH 2 ) 2 430.257,20
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 4.225,57
commit to user
Tabel 2.17 Neraca Panas di Heat Exchanger ( HE-02 )
Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
Q 6 in Q salt in
Q 6 out
CO(NH 2 ) 2 802.152,94
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 4.225,57
6. Neraca Panas di Reaktor ( R-01 ) Tabel 2.18 Neraca Panas di Reaktor ( R-01 )
Komponen
INPUT (kkal/jam)
OUTPUT (kkal/jam)
Q 16 Q salt Q 5 Q V Q Reaksi Q 7
CO(NH 2 ) 2 -
(CONH 2 ) 2 NH
commit to user
Tabel 2.19 Neraca Panas di Heat Exchanger ( HE-03 )
Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
Q 9 Q 10 Q cw
CO(NH 2 ) 2 13.784,33
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 83.667,47
8. Neraca Panas di Furnace ( F-01 ) Tabel 2.20 Neraca Panas di Furnace ( F-01 )
Komponen
INPUT (kkal/jam)
OUTPUT (kkal/jam)
Q 7in Q fuel Q 7 out Q salt
CO(NH 2 ) 2 -
(CONH 2 ) 2 NH
commit to user
Tabel 2.21 Neraca Panas di Desublimer ( DS-01 )
Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam) Q 7 Q 16 Qdsubl.
CO(NH 2 ) 2 10.168,53
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 62.231,78
10. Neraca panas di Heat Exchanger ( HE-04 )
Tabel 2.22 Neraca Panas di Heat Exchanger ( HE-04 )
Komponen
Input kkal/jam)
Output (kkal/jam)
Q 16in Q 16out Q cw
CO(NH 2 ) 2 -
(CONH 2 ) 2 NH
11. Neraca Panas di Kompresor ( C-01 ) Panas yang terjadi karena kenaikan tekanan :
∆Q
=Q 15 out –Q 15 in = 337.185,22 kkal
commit to user
12. Neraca Panas di Kompresor ( C-02 )
Panas yang terjadi karena kenaikan tekanan :
∆Q
=Q 15 out –Q 15 in = 132.487,72 kkal
13. Neraca Panas di Blower ( B-01 )
Panas yang terjadi karena kenaikan tekanan : ∆Q
=Q 10 out –Q 10 in = 7.458,94 kkal
14. Neraca Panas di Cylone Cooler ( CY-03 )
Tabel 2.23 Neraca Panas di Cylone Cooler ( CY-03 )
Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
Q 9 in Q ca in Q 9 out Q ca out
CO(NH 2 ) 2 32,96
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 177.015,26
Sub Total
commit to user
Tabel 2.24 Neraca Panas di Cylone Cooler ( CY-04 )
Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
Q 9 in Q ca in Q 9 out Q ca out
CO(NH 2 ) 2 9,69
(CONH 2 ) 2 NH
C 3 N 3 (NH 2 ) 3 52.063,31
Sub Total
2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan
2.5.1 Lay Out Pabrik
Lay out pabrik adalah tempat kedudukan dari bagian-bagian pabrik yang meliputi tempat kerja karyawan, tempat perakitan, tempat penyimpanan bahan baku maupun produk. Tata letak pabrik harus dirancang sedimikian rupa sehingga keselamatan, keamanan dan kenyamanan bagi karyawan dapat dipenuhi.
Selain peralatan yang tercantum di dalam flowsheet process, beberapa bangunan fisik lain seperti kantor, bengkel, poliklinik, laboratorium, kantin, pos keamanan dan sebagainya hendaknya ditempatkan pada bagian yang tidak mengganggu, ditinjau dari segi lalu lintas barang dan keamanan.
Secara umum tujuan perencanaan lay out adalah untuk mendapatkan kombinasi yang optimal antara fasilitas-fasilitas produksi. Dengan adanya kombinasi yang optimal ini diharapkan proses produksi akan berjalan lancar dan
commit to user commit to user
ª Simplifikasi dari proses produksi ª Minimasi biaya material handling ª Mendapatkan penggunaan luas lantai/ruang yang efektif ª Mendapatkan kepuasan karyawan serta kemauan kerja ª Menghindarkan pengeluaran kapital yang tidak begitu penting ª Mendorong efektifitas penggunaan karyawan
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan tata letak pabrik adalah :
1. Luas daerah yang tersedia Harga tanah menjadi hal yang membatasi kemampuan penyediaan area. Pemakaian tempat disesuaikan dengan area yang tersedia. Jika harga tanah terlalu tinggi, maka diperlukan efisiensi dalam pemakaian ruangan sehingga peralatan tertentu dapat diletakkan diatas peralatan yang lain atau lantai ruangan diatur sedemikian rupa agar menghemat tempat.
2. Keamanan Bangunan perkantoran letaknya berjauhan dengan instalasi proses, hal ini didasarkan pada faktor keamanan (untuk mencegah akibat buruk apabila terjadi ledakan, kebakaran, dan gas beracun).
commit to user
Pemasangan dan distribusi pipa yang baik dari gas, udara, steam, dan listrik akan membantu kemudahan kerja dan perawatannya. Penempatan peralatan proses sedemikian rupa sehingga karyawan dapat dengan mudah mencapainya dan dapat menjamin kelancaran operasi serta memudahkan perawatannya.
4. Kemungkinan perluasan pabrik. Perluasan pabrik ini harus sudah masuk dalam perhitungan sejak awal supaya masalah kebutuhan tempat tidak muncul di masa yang akan datang. Sejumlah area khusus sudah disediakan untuk dipakai sebagai area perluasan pabrik, penambahan peralatan untuk menambah kapasitas pabrik ataupun mengolah produk sendiri atau produk lain.
5. Transportasi Tata letak pabrik harus memperhatikan kelancaran distribusi bahan baku, proses maupun produk.
Layout pabrik Melamin ini dapat dilihat pada gambar 2.3. Secara garis besar, lay out pabrik dibagi menjadi beberapa daerah utama yaitu :
a. Daerah administrasi/ perkantoran, laboratorium, dan ruang kontrol
v Daerah administrasi merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran proses.
v Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produksi yang akan dijual.
commit to user commit to user
c. Daerah pergudangan umum, bengkel, dan garasi
d. Daerah utilitas v Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan air, media pendingin,
dan tenaga listrik dipusatkan. v Udara yang nantinya akan digunakan dalam proses (PA) dan
digunakan untuk alat kontrol (IA) juga diproduksi di area ini.
commit to user
Tabel 2.1 Perincian luas tanah pabrik
No Penggunaan Lahan
Luas (m 2 )
1 pos keamanan
50
2 ruang kontrol
10 K-3 & fire safety
12 daerah proses*
1000
13 daerah utilitas*
1000
14 unit pengolahan limbah*
495
15 area pengembangan*
2025
16 tempat parkir*
600
17 taman dan jalan*
commit to user
Keterangan Gambar : 1. Pos Keamanan
7. Musholla
13. Area Pengembangan 2. Parkir
8. K3 dan fire safety
14. Area Proses
3. Parkir Karyawan
9. Laboratorium
15. Area Utilitas
4. Klinik
10. Gudang Bahan Baku
16. Bengkel
5. Kantin
11. Control Room
17. Unit Pengolahan Limbah 6. Kantor dan Aula
12. Gudang Produk
18. Garasi
Area Taman Area Jalan / Transportasi
Gambar 2.3 Lay out pabrik
commit to user
Dalam perancangan lay out peralatan proses ada beberapa hal yang perlu diperhatikan :
1. Aliran bahan baku dan produk Aliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan nilai ekonomi yang tinggi. Semakin dekat penempatan bahan baku dan produk dengan jalur transportasi, semakin efisien dana yang dikeluarkan.
2. Aliran udara Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses diperhatikan supaya lancar. Hal ini bertujuan untuk menghindari stagnasi udara pada suatu tempat yang dapat menyebabkan akumulasi bahan kimia berbahaya sehingga dapat mengancam keselamatan kerja. Disamping itu perlu diperhatikan arah hembus angin.
3. Cahaya Penerangan seluruh pabrik harus memadai pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko.
4. Tata letak alat proses Penempatan alat-alat proses yang tepat akan mempercepat jalannya proses sehingga menjamin kelancaran proses produksi
5. Kelancaran lalu lintas Kelancaran lalu lintas barang dan manusia juga berpengaruh terhadap jalannya proses produksi.
commit to user
Penempatan alat-alat proses pada pabrik diusahakan agar dapat menekan biaya operasi dan menjamin keamanan produksi pabrik sehingga dapat menguntungkan dari segi ekonomi.
7. Jarak antar alat proses Untuk alat produksi yang mudah meledak atau terbakar letaknya dijauhkan dari peralatan yang lain, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran tidak membahayakan peralatan lain.
Tata letak peralatan proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga : § Kelancaran proses produksi dapat terjamin
§ Dapat mengefektifkan penggunaan luas lantai § Biaya material handling menjadi lebih rendah sehingga menurunkan
pengeluaran untuk kapital yang tidak penting § Karyawan mendapat kepuasan kerja Pada Prarancangan Pabrik Melamin ini, lay out peralatan proses dapat
dilihat pada gambar 2.4.
HE-01 HE-02
HE-04 HE-03 HE-04
SC-01
Gambar 2.4. Lay out peralatan proses
commit to user
BE-01 : Bucket Elevator 1
CY-02 : Cyclone melamin
M-01 : Melter CY-03 : Cyclone Suspension Cooler 1 T-01 : Tangki
CY-04 : Cyclone Suspension Cooler 2
R-01 : Reaktor
S-01 : Scrubber
F-01 : Furnace
DS-01 : Desublimer
HE-01 : Heater umpan reaktor
BC-01 : Belt conveyor
HE-02 : Heater umpan reaktor
SC-01 : Screw Conveyor
HE-03 : Cooler gas hasil reaksi
BE-02 : Bucket Elevator 2
HE-04 : Cooler off gas
SL-01 : Silo Bahan Baku
CY-01 : Cyclone dalam reaktor
SL-02 : Silo Produk
commit to user
SPESIFIKASI ALAT
Menyimpan bahan baku urea prill (3 hari)
Menyimpan produk melamin sementara (3 jam)
Kondisi operasi
T = 30 ºC P = 1 atm.
T = 30 ºC P = 1 atm.
Jenis
Cylindrical vessel dengan conical bottom
Cylindrical vessel dengan conical bottom
Kondisi penyimpanan
481,49 m 3 462,35 m 3
Jumlah
Bahan konstruksi
Carbon Stell SA 283 grade C
Carbon Stell SA 283 grade C
Dimensi Diameter Tinggi Tebal Tebal head Tinggi head bottom
6,05 m 9,08 m 0,375 m 0,375 m 5,29 m
5,97 m 8,96 m 0,375 m 0,375 m 5,22 m
Tinggi total
14,37 m
14,18 m
commit to user
Kode
BC-01
Fungsi Mengalirkan urea prill dari silo urea menuju BE-01 untuk diumpankan ke melter
Tipe
Belt Conveyor
Daya yang digunakan
0,25 HP
Klasifikasi Kapasitas Lebar belt Kecepatan belt Panjang
32 ton/jam 14 in
27, 6 ft/menit
3.3 Screw conveyor
Kode
SC-01
Fungsi Mengalirkan kristal melamin dari CY-04 menuju BE-02 untuk disimpan di Silo melamin
Tipe
Screw Conveyor dengan feed hopper
Daya yang digunakan
0,25 HP
Klasifikasi - Luas terisi umpan - Diameter flight - Diameter pipa sumbu - Diameter shaft - Kecepatan putar - Panjang
commit to user commit to user
mengangkut melamin dari SC-01 ke silo melamin
Ukuran Bucket
(8 x 5 ½ x 7 ¾ x – 8) in
(8 x 5 ½ x 7 ¾ x – 8) in Lebar Bucket
8 in
8 in
Projection Bucket
5 ½ in
5 ½ in
Dalam Bucket
7 ¾ in
7 ¾ in
Jarak antar Bucket
8 in
8 in
Kecepatan Bucket
150 ft/menit
150 ft/menit
Power motor
0,75 HP
0,25 HP
commit to user
Kode
M-01
Fungsi Melelehkan Urea prill menjadi melt pada T = 140º C dan P = 1 atm.
Jenis
Agigated Melter
Diameter tangki
2,34 m
Tinggi tangki
3,37 m
Media pemanas
Saturated steam dengan suhu 170º C
Panjang koil
22,41 m
Jumlah lingkaran koil
5 lingkaran
Bahan konstruksi
Carbon Stell SA 285 grade C
Isolasi
Asbestos
Dimensi pengaduk Diameter pengaduk Panjang Blade Lebar Baffle Lebar Blade Daya Pengaduk Jumlah Turbin
0,613 m 0,153 m 0,104 m 0,123 m 13,57 HP
2 buah
commit to user
Kode
T-01
Fungsi Menyimpan bahan baku urea melt sementara (1 jam) pada T = 160º C dan P = 1 atm.
Jenis
Agigated Vessel
Diameter tangki
2,52 m
Tinggi tangki
4,12 m
Bahan konstruksi
Carbon Stell SA 285 grade C
Isolasi
Asbestos
Dimensi Pengaduk Diameter pengaduk Panjang Blade Lebar Baffle Lebar Blade Daya Pengaduk Jumlah Turbin
0,78 m 0,195 m 0,133 m 0,156 m 21,81 HP
2 buah
commit to user
Kode Fungsi Tipe Jumlah Tinggi total Total Disengaging Head Tinggi freeboard (Lf) Tinggi zone reaksi (Lt) Tinggi head bawah (Lh) Diameter freeboard (Df) Diameter zone reaksi (Dt) Tebal Bahan Kondisi Operasi Bahan isolasi dan tebal
R-01