TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METIL AKRILAT DARI METANOL DAN ASAM AKRILAT DENGAN PROSES ESTERIFIKASI KAPASITAS 55.000 TONTAHUN
TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METIL AKRILAT DARI METANOL DAN ASAM AKRILAT DENGAN PROSES ESTERIFIKASI KAPASITAS 55.000 TON/TAHUN
Disusun Oleh :
1. Luthfiana Nurul H.
( I 0508051 )
2. Maharini Retnomartani
( I 0508054 )
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012
commit to user
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena limpahan rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Metil Akrilat dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/T ahun”.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia atas bimbingannya.
2. Ir. Paryanto, M.S. dan YC. Danarto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing atas bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas akhir ini.
3. Seluruh dosen, laboran, dan administrasi Jurusan Teknik Kimia atas ilmu, arahan, dan bantuannya selama ini.
4. Seluruh teman – teman Tekkim’08 UNS untuk semangatnya.
5. Seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.
Surakarta, Agustus 2012
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
3.9 Pompa ...................................................................................... 52
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ............. 54
4.1. Unit Pendukung Proses ............................................................ 54
4.1.1 Unit Pengadaan Air ...................................................... 55
4.1.1.1 Air Pendingin dan Air Pemadam Kebakaran ... 55
4.1.1.2 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ................... 56
4.1.1.3 Air Umpan Boiler ............................................. 58
4.1.1.4 Pengolahan Air ................................................. 58
4.1.2 Unit Pengadaan Steam.................................................. 64
4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan....................................... 66
4.1.4 Unit Pengadaan Listrik ................................................. 66
4.1.4.1 Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas .... 67
4.1.4.2 Listrik untuk Penerangan ................................. 68
4.1.4.3 Listrik untuk AC .............................................. 71
4.1.4.4 Listrik untuk Laboratorium dan Instrumentasi 71
4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar....................................... 72
4.2. Laboratorium ............................................................................ 73
4.2.1 Laboratorium Fisik ....................................................... 74
4.2.2 Laboratorium Analitik .................................................. 75
4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan............... 75
4.2.4 Prosedur Analisa Bahan Baku ...................................... 76
4.2.4.1 Infra Red Spectrofotometer (IRS) .................... 76
4.2.4.2 Gas Chromathography (GC) ........................... 76
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
5.6.1 Penggolongan Jabatan .................................................... 96
5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ............................................ 97
5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ............................................... 99
BAB VI ANALISIS EKONOMI ..................................................................... 101
6.1 Penaksiran Harga Peralatan...................................................... 102
6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) .............................. 105
6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ........................ 106
6.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) .................... 107
6.3 Biaya Produksi Total (Total Production Cost) ........................ 107
6.3.1 Manufacturing Cost ....................................................... 107
6.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) .................. 107
6.3.1.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) .................. 108
6.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) .................... 108
6.3.2 General Expense (GE) ................................................... 109
6.4 Keuntungan Produksi ............................................................... 109
6.5 Analisa Kelayakan ................................................................... 110
Daftar Pustaka ..................................................................................................... xiii Lampiran
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Grafik Data Impor Metil Akrilat di Indonesia ............................ 3 Gambar 2.1. Mekanisme Reaksi Proses Esterifikasi ........................................ 17 Gambar 2.2. Diagram Alir Proses .................................................................... 21 Gambar 2.3. Diagram Alir Kualitatif ............................................................... 22 Gambar 2.4. Diagram Alir Kuantitatif ............................................................. 23 Gambar 2.5. Lay Out Pabrik ............................................................................ 34 Gambar 2.6. Lay Out Peralatan Proses............................................................. 37 Gambar 4.1. Skema Pengolahan Air Laut ...................................................... 60 Gambar 4.2. Skema Pengolahan Air KTI ...................................................... 63 Gambar 5.1. Struktur Organisasi Pabrik Metil Akrilat .................................... 85 Gambar 6.1. Chemical Engineering Cost Index............................................... 104 Gambar 6.2. Grafik Analisis Kelayakan .......................................................... 112 Gambar 1.1. Grafik Data Impor Metil Akrilat di Indonesia ............................ 3 Gambar 2.1. Mekanisme Reaksi Proses Esterifikasi ........................................ 17 Gambar 2.2. Diagram Alir Proses .................................................................... 21 Gambar 2.3. Diagram Alir Kualitatif ............................................................... 22 Gambar 2.4. Diagram Alir Kuantitatif ............................................................. 23 Gambar 2.5. Lay Out Pabrik ............................................................................ 34 Gambar 2.6. Lay Out Peralatan Proses............................................................. 37 Gambar 4.1. Skema Pengolahan Air Laut ...................................................... 60 Gambar 4.2. Skema Pengolahan Air KTI ...................................................... 63 Gambar 5.1. Struktur Organisasi Pabrik Metil Akrilat .................................... 85 Gambar 6.1. Chemical Engineering Cost Index............................................... 104 Gambar 6.2. Grafik Analisis Kelayakan .......................................................... 112
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Di negara yang sedang berkembang seperti Indonesia, berbagai kebutuhan produk-produk kimia belum seluruhnya dapat dihasilkan sendiri. Sebagian atau seluruhnya masih diimpor dari berbagai negara, terutama bahan-bahan yang merupakan produk antara untuk dijadikan berbagai produk lain yang lebih bermanfaat dan luas penggunaannya.
Produk antara yang banyak dibutuhkan tersebut antara lain produk-produk akrilat, salah satunya adalah metil akrilat. Metil akrilat adalah senyawa kimia yang mempunyai ikatan rangkap yang biasa digunakan sebagai bahan baku untuk produksi polimer (poliakrilat). Polimer ini digunakan sebagai cat (coating), bahan perekat, dan binder untuk industri kulit, kertas dan tekstil serta untuk komponen kopolimer dari acrylic fiber.
Hasil polimerisasi dari metil akrilat ini bisa memiliki sifat fisis yang bervariasi dengan mengontrol rasio monomer yang digunakan. Sifat dari hasil polimerisasi pada umumnya mempunyai daya tahan tinggi terhadap bahan-bahan kimia dan juga terhadap lingkungan, sangat jernih dan kuat. Begitu banyak manfaat dari metil akrilat sehingga pendirian pabrik metil akrilat di Indonesia tentu berdampak bagus bagi industri-industri yang menggunakannya dalam proses-proses kimia karena akan semakin mudah untuk mendapatkannya di dalam negeri, mengingat bahwa industri metil akrilat masih jarang terdapat di Indonesia.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
1.2 Penentuan Kapasitas Pabrik
Kapasitas produksi dari pabrik akan mempengaruhi perhitungan teknis maupun ekonomis dalam perancangan pabrik. Semakin besar kapasitas produksinya maka kemungkinan keuntungannya juga semakin besar. Namun ada faktor-faktor lain yang harus dipertimbangkan dalam penentuan kapasitas produksi, seperti kebutuhan pasar dan ketersediaan bahan baku.
a. Kebutuhan metil akrilat di Indonesia Impor metil akrilat di dalam negeri tahun 2004 - 2010 dapat dilihat pada tabel
1.1. Tabel 1.1 Data Impor Metil Akrilat Indonesia
Tahun
Impor (ton)
(Undata, 2011) Dari tabel 1.1 dibuat grafik linier untuk memperkirakan impor metil akrilat pada tahun 2017.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
Gambar 1.1 Grafik Data Impor Metil Akrilat di Indonesia Dari Gambar 1.1 diperoleh suatu persamaan regresi linier untuk mengetahui kebutuhan metil akrilat pada tahun 2017 : y = (3247,16 X) - 6494603 y = (3247,16 x 2017 ) – 6494603 y = 54.999 ton
b. Kapasitas produksi pabrik metil akrilat yang sudah berdiri Untuk memproduksi metil akrilat harus diperhitungkan juga kapasitas produksi yang menguntungkan. Sebagai perbandingan kapasitas produksi dari berbagai pabrik yang telah ada sebagaimana terlihat pada tabel 1.2.
y = 3.247,16x - 6.494.603
o n/ta
Grafik Data Impor Metil Akrilat Indonesia
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
Tabel 1.2 Kapasitas Produksi Berbagai Pabrik di Dunia
Pabrik
Kapasitas
Toa Gosei Co., Ltd.
22.000 ton/tahun Arkema Inc.
45.000 ton/tahun
Singapore Acrylic Ester Pte., Ltd.
82.000 ton/tahun ( www.sumitomo-chem.co.jp ) Dari Tabel 1.2 dapat diketahui kapasitas produksi minimal di dunia sebesar 22.000 ton/tahun. Sedangkan kebutuhan metil akrilat di dalam negeri adalah sebesar 54.999 ton/tahun. Maka dapat disimpulkan bahwa kapasitas pabrik metil akrilat sebesar 55.000 ton/tahun, sehingga diharapkan:
1. Dapat memenuhi kebutuhan metil akrilat dalam negeri.
2. Dapat memberikan keuntungan karena kapasitas rancangan berada diatas kapasitas terkecil pabrik yang ada di dunia.
3. Dapat merangsang berdirinya industri-industri lainnya yang menggunakan bahan baku metil akrilat.
c. Ketersediaan bahan baku Bahan baku Metanol yang digunakan dalam pembuatan metil akrilat diperoleh dari PT. Kaltim Methanol Industri, Kalimantan Timur, yang mempunyai kapasitas produksi 660.000 ton/tahun. Sedangkan asam akrilat diperoleh dari PT. Nippon Shokubai Indonesia (NSI), Cilegon, yang mempunyai kapasitas produksi 80.000 ton/tahun sehingga ketersediaan bahan baku tidak menjadi masalah karena cukup tersedia.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
1.3 Penentuan 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 pabrik metil akrilat ini dipilih di Cilegon, Banten dengan pertimbangan sebagai berikut :
a. Dekat dengan pabrik salah satu bahan baku yaitu PT. Nippon Shokubai Indonesia (NSI) penghasil asam akrilat, sedangkan metanol dari P.T. Kaltim Methanol Industri, Kalimantan Timur.
b. Wilayah Cilegon termasuk salah satu kawasan industri yang ditetapkan oleh pemerintah, sehingga permasalahan perijinan pendirian pabrik tidak menjadi masalah.
c. Pemasaran produk metil akrilat yang akan didirikan ditujukan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, diantaranya akan dijual ke berbagai pabrik yang menggunakan metil akrilat sebagai bahan baku produksi polimer diantaranya PT. Shin-Etsu Polymer Indonesia, Karawang dan PT. WMK (Polymer&Plastic Chemicals) Indonesia, Bandung.
d. Tersedianya sarana transportasi yang memudahkan lalu lintas kegiatan produksi dan kemudahan distribusi dan juga dekat dengan laut sehingga transportasi lebih mudah.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
Gambar 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik
1.4. Tinjauan Pustaka
1.4.1. Macam-Macam Proses
Ada beberapa cara pembuatan metil akrilat, antara lain :
a. Proses Asetilen Pada proses ini metil akrilat dibuat dengan mereaksikan asetilen dengan alkohol dalam suasana asam dengan katalis nikel karbonil
pada tekanan atmosferis pada suhu 40 0 C. Kerugian proses ini adalah kesulitan dalam penanganan nikel karbonil yang beracun dan korosif. Reaksi :
4C 2 H 2 + 4CH 3 OH + 2HCl + Ni(CO) 4 → 4CH 2 =CHCOOCH 3 + NiCl 2 +H 2 (Ullman, 1985) 4C 2 H 2 + 4CH 3 OH + 2HCl + Ni(CO) 4 → 4CH 2 =CHCOOCH 3 + NiCl 2 +H 2 (Ullman, 1985)
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
b. Proses Ketene Pada proses ini bahan baku yang digunakan adalah asam asetat. Bahan ini dipirolisa menjadi ketene. Lalu ketene direaksikan dengan monomer formaldehid membentuk β-propiolactone. Senyawa ini selanjutnya dikonversi menjadi akrilat. Metode ini tidak dipakai karena banyaknya tahapan yang harus dilewati dan juga sifat racun dari β- propiolactone. Reaksi :
CH 3 COOH → CH 2 =C=O → CH 2 -C=O →H 2 =CHCOOCH 3 +H 2 O (Ullman, 1985)
c. Proses Esterifikasi Asam Akrilat. Pada proses ini, asam akrilat direaksikan dengan metanol dengan katalis asam sulfat membentuk metil akrilat. Reaksi esterifikasi ini berlangsung pada suhu 50-100 o
C dan tekanan atmosferis. Perbandingan mol asam akrilat dan metanol yang digunakan adalah 1:1. Reaksi tersebut berlangsung pada reaktor alir tangki berpengaduk. Reaksi :
CH 2 CHCOOH + CH 3 OH → CH 2 CHCOOCH 3 +H 2 O (Ullman, 1985)
1.4.2 Alasan Pemilihan Proses
Perbandingan antara proses pembuatan metil akrilat dapat dilihat pada Tabel 1.3 Perbandingan antara proses pembuatan metil akrilat dapat dilihat pada Tabel 1.3
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
Tabel 1.3 Perbandingan Proses Pembuatan Metil Akrilat Proses
Kondisi Operasi Kelebihan
Kekurangan Proses Asetilen
P= 1atm T= 40 o C
- Produk
samping bukan merupakan zat beracun.
- Bahan baku gas alam terbatas. - Menggunakan katalis nikel karbonil yang beracun dan korosif
Proses Ketene
P= 1 atm T= 150 o C
- Bahan baku
mudah didapatkan
- Menghasilkan β- propiolactone yang bersifat racun
- Prosesnya melalui banyak tahapan Proses Esterifikasi
P=1 atm T=60-100 o C
- Bahan
baku
relatif mudah didapat.
- Produk
samping bukan merupakan zat beracun.
- Membutuhkan katalis asam yang bersifat korosif.
- Waktu reaksi relatif lama - Waktu reaksi relatif lama
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
Dari Tabel 1.3 proses pembuatan metil akrilat yang dipilih adalah proses esterifikasi, dengan pertimbangan:
a. Bahan baku yang relatif mudah didapatkan.
b. Kondisi operasi yang relatif lebih aman.
c. Proses relatif lebih sederhana.
d. Produk samping yang dihasilkan tidak beracun.
1.4.3. Kegunaan Produk
Metil akrilat merupakan bahan baku untuk produksi polimer (poliakrilat). Polimer ini digunakan sebagai bahan perekat, binder untuk industri kulit, kertas, dan untuk komponen kopolimer dari acrylic fiber. Selain itu, polimer ini juga digunakan oleh berbagai pabrik cat (coating) yaitu PT. ICI Indonesia, Jakarta dan berbagai industri tekstil seperti PT. Acryl Textile Mills, Jakarta.
1.4.4. Sifat Fisis dan Kimia
1. Bahan baku
a. Asam akrilat ( CH 2 CHCOOH ) Sifat fisis : - Berat molekul
: 72 kg/kgmol
- Titik didih
: 141 o C
- Titik lebur
: 13,5 o C
- Tekanan kritis
: 56,6 bar
- Suhu kritis
: 380 o C
- Densitas (30 o C)
: 1,040 g/mL : 1,040 g/mL
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
- Viskositas (25 o C)
: 1,149 mPa.s
- Panas penguapan (1 atm)
: 45,6 kJ/mol
- Panas pembakaran
: 1.376 kJ/mol (Perry, 1997)
Sifat kimia : - Reaksi esterifikasi
Reaksi esterifikasi terjadi jika asam akrilat direaksikan dengan suatu alkohol membentuk ester dari asam akrilat dan air. Reaksi :
CH 2 CHCOOH + ROH CH 2 CHCOOR + H 2 O
- Reaksi addisi
Asam akrilat dapat diadisi dengan halogen, hidrogen, dan hidrogen sianida. Reaksi :
CH 2 CHCOOH + HX H 2 CX-CH 2 COOR (Kirk Othmer, 1998)
b. Metanol ( CH 3 OH ) Sifat Fisis : - Berat molekul
: 32 kg/kgmol
- Titik didih
: 64 o C
- Titik lebur
: -97,68 o C
- Tekanan kritis
: 79,9112 atm
- Suhu kritis
: 234,49 o C : 234,49 o C
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
- Volume kritis
: 0,118 m 3 /kmol
- Rapat massa (30 o C)
: 0,7957 g/cm 3
- Viskositas (25 o C)
: 0,5344 mPa.s
- Panas pembentukan
: -1.498,81 kcal/kg
(Perry, 1997)
Sifat kimia : Metanol adalah alkohol yang mempunyai ikatan karbon paling pendek. Metanol murni sangat penting dalam sintesa kimia. Metanol juga sangat beracun. Ada beberapa reaksi penting yang melibatkan Metanol, antara lain : - Reaksi oksidasi
Reaksi oksidasi Metanol dengan bantuan katalis K 2 Cr 2 O 7 , KmnO 4 , Na 2 Cr 2 O 7 menghasilkan formaldehid.
Reaksi : CH 3 OH +
2 HCHO + H 2 O
- Reaksi Esterifikasi
Reaksi Esterifikasi antara Metanol dengan Asam format akan menghasilkan metil format.
Reaksi : CH 3 OH + HCOOH HCOOCH 3 +H 2 O
- Reaksi Substitusi
Reaksi ini antara Metanol dan HCl dengan bantuan katalis
ZnCl 2 menghasilkan Metil klorida.
Reaksi : CH 3 OH + HCl CH 3 Cl + H 2 O (Kirk Othmer, 1998) Reaksi : CH 3 OH + HCl CH 3 Cl + H 2 O (Kirk Othmer, 1998)
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
2. Bahan pembantu
Asam sulfat ( H 2 SO 4 ), sebagai katalis
Sifat fisis : - Bentuk
: Cairan tidak berwarna - Berat molekul
: 98,08 kg/kgmol
- Spesific gravity
- Titik didih
: 336,85 o C
- Titik leleh
: 10,49 o C
- Densitas pada suhu 25 o C : 1,833 g/mL
(Perry, 1997) Sifat Kimia : - Dengan basa membentuk garam dan air
H 2 SO 4 + 2 NaOH
Na 2 SO 4 +2H 2 O
- Dengan garam membentuk garam dan asam lain
H 2 SO 4 + 2 NaCl
Na 2 SO 4 + 2HCl
(Kirk Othmer, 1998)
3. Produk
Metil akrilat ( CH 2 CHCOOCH 3 )
Sifat Fisis : - Berat molekul
: 86 kg/kmol
- Titik didih
: 80 o C
- Titik lebur
: -76 o C
- Tekanan kritis
: 41,9442 atm : 41,9442 atm
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
- Suhu kritis
: 262,85 o C
- Volume kritis
: 270 liter/kmol
- Densitas (30 o C)
: 0,9565 g/cm 3
- Viskositas (25 o C)
: 0,49 mPa.s
- Panas Pembentukan
: -92,465
- Kapasitas panas cairan : 275500 -1147T + 2,568T 2 J/KmolC (Perry, 1997) Sifat kimia : - Bereaksi secara tak terkendali dengan oksidan kuat yang akan
menyebabkan ledakan dan kebakaran. - Mudah terpolimerisasi pada suhu yang tinggi.
(Ullman, 1985)
1.4.5. Tinjauan Proses Secara Umum
Proses pembuatan metil akrilat dijalankan pada fasa cair dengan mereaksikan metanol dan asam akrilat dengan katalis asam sulfat pada temperatur
60- 100˚C dan tekanan atmosferis. Reaksi yang terjadi tergolong reaksi esterifikasi.
Esterifikasi didefinisikan sebagai suatu proses yang menghasilkan senyawa ester. Proses esterifikasi yang paling umum digunakan adalah esterifikasi antara asam karboksilat dengan alkohol yang menghasilkan ester dan air.
Reaksi : RCOOH + R’OH RCOOR’ + H 2 O Reaksi esterifikasi dapat dipercepat dengan katalis asam kuat, seperti asam sulfat. Katalis hanya menaikkan kecepatan esterifikasi tetapi tidak merubah Reaksi : RCOOH + R’OH RCOOR’ + H 2 O Reaksi esterifikasi dapat dipercepat dengan katalis asam kuat, seperti asam sulfat. Katalis hanya menaikkan kecepatan esterifikasi tetapi tidak merubah
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
14
Bab I Pendahuluan
kesetimbangan reaksi. Dengan adanya katalis berupa asam kuat, dapat menambah muatan positif, sehingga asam akan mengesterifikasi lebih cepat. Asam sulfat dipilih sebagai katalisator karena efisien, harganya murah, efek korosif terhadap logam lebih rendah dari pada asam lain. Tetapi bila suhu terlalu tinggi dan digunakan terlalu banyak, asam sulfat dapat mendehidrasi alkohol yang digunakan. Untuk mengatasi efek korosi dari asam organik dan asam sulfat pada suhu yang relatif tinggi, peralatan yang digunakan berupa bahan yang tahan korosif. (Kirk Othmer, 1998)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
BAB II DESKRIPSI PROSES
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku
a. Asam akrilat (CH 2 CHCOOH)
- Bentuk
: cair
- Kemurnian, % berat
: min 99 %
- Impuritas, % berat
: air, maksimal 1 %
(www.shokubai.co.jp)
b. Metanol (CH 3 OH)
- Bentuk
: cair
- Kemurnian, % berat
: min 99,85 %
- Impuritas, % berat
: air, maksimal 0,15%
(www.kaltimmethanol.com)
2.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu
Asam sulfat (H 2 SO 4 )
- Bentuk
: cair
- Kemurnian, % berat
- Impuritas, % berat
: air, 2 %
(www.indoacid.com) (www.indoacid.com)
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
2.1.3. Spesifikasi Produk
Metil akrilat (CH 2 CHCOOCH 3 )
Bentuk
: cair
Kemurnian, % berat
: min 99,5 % -
Impuritas, % berat
: air, maksimal 0,5 % (www.basf.com)
2.2. Konsep Proses
2.2.1. Dasar Reaksi
Proses pembuatan metil akrilat ( CH 2 CHCOOCH 3 ) ini berlangsung di
dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada suhu 80 o C dan tekanan 1 atmosfir dengan bantuan katalis asam sulfat ( H 2 SO 4 ).
Reaksi antara asam akrilat ( CH 2 CHCOOH ) dengan metanol ( CH 3 OH )
adalah suatu reaksi substitusi gugus radikal organik dengan ion hidrogen yang berasal dari asam. Dengan putusnya ikatan karbonil-oksigen atau ikatan alkil oksigen, maka terbentuklah air. Reaksi :
CH 2 CHCOOH + CH 3 OH CH 2 CHCOOCH 3 +H 2 O …. (II-1)
2.2.2. Mekanisme Reaksi
Proses pembuatan metil akrilat dengan proses esterifikasi dilakukan dalam reaktor alir tangki berpengaduk. Di dalam reaktor terjadi reaksi sebagai berikut, esterifikasi suatu asam karboksilat berlangsung melalui serangkaian tahap protonasi dan deprotonasi. Oksigen karbonil diprotonasi, alkohol nukleofilik
H 2 SO 4 H 2 SO 4
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
17
Bab II Deskripsi Proses
menyerang karbon positif, dan eliminasi air akan menghasilkan ester yang dimaksud.
RC-OH
RC-OH RC-OH
RC-OH
RC-OR ׳ CR
Mekanisme tersebut dapat diringkas sebagai berikut:
RC- OH + R’OH
R-COH
RCOR’ + H 2 O
Gambar 2.1 Mekanisme Reaksi Proses Esterifikasi
(Fessenden & Fessenden, 1986)
2.2.3. Sifat Reaksi
a. Tinjauan Kinetika Reaksi antara asam akrilat dengan metanol termasuk reaksi orde dua. Reaksi : Asam akrilat + Metanol Metil akrilat + Air Persamaan kecepatan reaksi :
-r A = k.C A .C B (II-2)
-r A = k[C Ao (1-x A )].[C Bo -C Ao x A ]
(II-3) jika :
Asam karboksilat Ester
ROH
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
C Bo /C Ao =R
-r A = k.C Ao 2 .[1-x A ][R-x A ]
(II-4) Dengan :
C Ao = Konsentrasi asam akrilat mula-mula, kmol/L
C Bo = Konsentrasi metanol mula-mula, kmol/L x A = Konversi dari asam akrilat
(US Patent 3.875.212)
b. Tinjauan Termodinamika Reaksi : CH 2 CHCOOH + CH 3 OH CH 2 CHCOOCH 3 +H 2 O Jika ditinjau dari segi termodinamika, harga ΔG o f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabel 2.1. sebagai berikut :
Tabel 2.1 Harga ΔG o f Masing-masing Komponen
Komponen
Harga ΔG o f (kJ/mol)
Asam akrilat (AA)
Metanol (M)
Metil akrilat (MA)
Total ΔG o r 298K = ΔG o f produk – ΔG o f reaktan
(II-5) = (ΔG o f MA + ΔG o f air ) – (ΔG o f AA + ΔG o f M)
= (-257,32 + (-228,6)) - (-286,06+(-162,51)) = (-257,32 + (-228,6)) - (-286,06+(-162,51))
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
= -37,35 kJ/mol = -37.350 kJ/kmol
Ko = 3,524x10 6
(Smith VanNess, 1987)
dengan : K o = konstanta kesetimbangan pada suhu 298 K
= konstanta kesetimbangan pada suhu tertentu
= temperatur tertentu ΔH 298 = panas reaksi standar pada 298 K Sedangkan harga ΔH o f masing-masing komponen pada suhu 298 K
dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Harga ΔH o f Masing-masing Komponen
Komponen
Harga ΔH o f (kJ/mol)
Asam akrilat (AA)
Metanol (M)
Metil Akrilat (MA)
( Yaws, 1999 ) ΔH o r 298K = ΔH o f produk – ΔH o f reaktan ………………………(II-7) = (ΔH o f MA + ΔH o f air) – (ΔH o f AA + ΔH o f M) = (-333 + (-241,814))-(-355,91 + (-200,94)) ( Yaws, 1999 ) ΔH o r 298K = ΔH o f produk – ΔH o f reaktan ………………………(II-7) = (ΔH o f MA + ΔH o f air) – (ΔH o f AA + ΔH o f M) = (-333 + (-241,814))-(-355,91 + (-200,94))
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
= -17,964 kJ/mol = -17.964 kJ/kmol
Pada suhu 80 o
C (353 K) besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut :
K = 1,139 x 10 6
Karena harga K= k 1 /k 2 besar, berarti harga k 2 jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan harga k 1 sehingga k 2 diabaikan terhadap k 1 dan
reaksi dianggap berjalan satu arah (irreversible).
2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses
2.3.1. Diagram Alir Proses
Diagram alir prarancangan pabrik metil akrilat dari metanol dan asam akrilat dapat ditunjukkan dalam tiga macam, yaitu :
a. Diagram alir proses (Gambar 2.2)
b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.3 )
c. Diagram alir kuantitatif ( Gambar 2.4 ) c. Diagram alir kuantitatif ( Gambar 2.4 )
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi
Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun 22
DIAGRAM ALIR KUALITATIF PABRIK METIL AKRILAT
Metil Akrilat Air
Metil Akrilat
Metanol Asam Akrilat
Air
P= 1 atm
P= 1 atm T= 81,72 o C
T= 99,95 o C
Produk
Metanol
Asam Sulfat
Air
Air
Metil Akrilat
Metil akrilat
Asam akrilat
Metil Akrilat
Metil Akrilat
Asam Akrilat
T= 30 o C Air
Air
Asam Sulfat
Asam Akrilat
Asam Akrilat
T= 37,97 C Asam Sulfat
Asam Sulfat
P= 1 atm
P= 1 atm
Metil Akrilat T= 80 o C T= 80 o C Air Metanol
Asam Akrilat
Asam Sulfat
Asam Akrilat
Asam Sulfat
Air
Metil Akrilat P= 1 atm P= 1 atm o T= 80 o C T= 176,53 C Air P= 1 atm
T= 95,005 o C
Gambar 2.3 Diagram Alir Kualitatif
Bab II Deskripsi Proses
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi
Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun 23
DIAGRAM ALIR KUANTITATIF PABRIK METIL AKRILAT
Metil Akrilat = 94,875 kg/jam Air
= 1408,679 kg/jam
Asam Sulfat
= 0,000 kg/jam
Metanol
= 5,964 kg/jam Asam Akrilat = 0,134 kg/jam
Air = 0,000 kg/jam
Metil Akrilat = 7106,221 kg/jam
Jumlah
= 0,000 kg/jam
Air = 163,465 kg/jam
Jumlah
= 1509,645 kg/jam
Metil Akrilat = 6909,722 kg/jam
Metil Akrilat = 7201,095 kg/jam Jumlah
= 7269,685 kg/jam
Air = 34,722 kg/jam
Air
= 1581,245 kg/jam
Jumlah = 6944,444 kg/jam
Metanol
= 5,964 kg/jam
Metanol = 2685,441 kg/jam
Asam Akrilat = 13,419 kg/jam
Produk
Air = 4,034 kg/jam
Asam Sulfat = 439,638 kg/jam
Metil akrilat
Jumlah =2689,475 kg/jam
Jumlah
= 9241,361 kg/jam
Asam Akrilat = 6028,958 kg/jam Air = 60,899 kg/jam
Metil Akrilat = 6415,723 kg/jam
Jumlah = 6089,857 kg/jam
Air
= 1416,865 kg/jam
Metanol
= 298,196 kg/jam Asam Akrilat = 670,939 kg/jam Asam Sulfat = 439,638 kg/jam Jumlah
= 9241,361 kg/jam
Metil Akrilat = 94,875 kg/jam Air
= 1417,780 kg/jam
Metanol
= 5,964 kg/jam Asam Akrilat = 13,419 kg/jam
Asam Sulfat = 439,638 kg/jam Asam Akrilat = 13,286 kg/jam
Metil Akrilat = 196,498 kg/jam
Jumlah
= 1971,675 kg/jam
Asam Sulfat = 439,634 kg/jam
Air = 128,743 kg/jam
Air = 9,106 kg/jam
Jumlah = 325,241 kg/jam
Jumlah = 462,028 kg/jam
Gambar 2.4 Diagram Alir Kuantitatif
Bab II Deskripsi Proses
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
2.3.2 Tahapan Proses
Secara umum proses pembuatan metil akrilat dari asam akrilat dan metanol dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu :
1. Unit Penyiapan Bahan Bahan baku berupa asam akrilat (CH 2 CHCOOH) dari tangki penyimpanan asam akrilat, metanol (CH 3 OH) dari tangki penyimpanan metanol pada kondisi suhu 30 o C dan 1 atm, serta asam sulfat (H 2 SO 4 ) sebagai katalisator dari tangki penyimpanan asam sulfat pada suhu 30 o
C dan tekanan 1 atm dipompa menuju
reaktor pertama (R-01) yang dipasang seri dengan reaktor kedua (R-02) yang beroperasi pada 80 o C dan 1 atm.
2. Unit Reaksi Reaksi pembentukan metil akrilat (CH 2 CHCOOCH 3 ) dilakukan didalam
Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) yang disusun seri yang beroperasi secara isotermal pada 80 o C dan 1 atm. Perbandingan mol bahan baku asam akrilat
(CH 2 CHCOOH) dan metanol (CH 3 OH) adalah 1:1. Sebagai katalisator digunakan asam sulfat (H 2 SO 4 ) 98%. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis, sehingga untuk
menjaga kondisi isotermal perlu dilakukan pengambilan panas. Panas diambil dari dalam reaktor melalui jaket pendingin.
3. Unit Pemurnian Produk Tahap ini bertujuan untuk memperoleh produk metil akrilat
(CH 2 CHCOOCH 3 ) hingga mencapai kemurnian 99,5 %. Hasil reaksi dari reaktor
kedua dialirkan menuju decanter yang beroperasi pada suhu 80 o C dan tekanan 1 atm untuk memisahkan fase atas (ringan) dan fase bawah (berat). Fraksi bawah kedua dialirkan menuju decanter yang beroperasi pada suhu 80 o C dan tekanan 1 atm untuk memisahkan fase atas (ringan) dan fase bawah (berat). Fraksi bawah
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
decanter yang berupa air, asam sulfat, asam akrilat, metanol, dan metil akrilat diumpankan ke menara distilasi pertama untuk merecycle asam sulfat.
Metil akrilat dan air yang berasal dari fraksi atas decanter, dialirkan ke menara distilasi kedua untuk mendapatkan metil akrilat dengan kemurnian 99,5%. Hasil atas menara distilasi kedua berupa produk metil akrilat 99,5% yang
selanjutnya didinginkan menggunakan HE-02 sampai suhu 40 o
C kemudian disimpan pada tangki penyimpanan pada suhu 30 o
C. Sedangkan hasil bawahnya,
didinginkan menggunakan HE-03 sampai suhu 40 o C yang selanjutnya dibuang ke Unit Pengolahan Limbah.
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas
Produk
: Metil akrilat 99,5 %
Kapasitas perancangan
: 55.000 ton/tahun
Waktu operasi selama 1 tahun
: 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari
: 24 jam
2.4.1. Neraca Massa
Diagram alir neraca massa sistem tabel Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan
: kg : kg
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.3
Neraca Massa Tee
CH 2 CHCOOH
6.042,2427 CH 3 OH
CH 2 CHCOOCH 3 0,0000
H 2 SO 4 0,0000
Neraca Massa Reaktor I
Arus 9 Arus 5
CH 2 CHCOOH
13,2846 670,9398 CH 3 OH
CH 2 CHCOOCH 3 0,0000
H 2 SO 4 0,0000
Total
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.5
Neraca Massa Reaktor II
CH 2 CHCOOH
CH 2 CHCOOCH 3 6.415,7229 7.201,0952
H 2 SO 4 439,6375
Neraca Massa Dekanter
CH 2 CHCOOH
CH 2 CHCOOCH 3 7.201,0952
H 2 SO 4 439,6375
Total
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.7
Neraca Massa Menara Distilasi I
CH 2 CHCOOH
CH 2 CHCOOCH 3 94,8747
H 2 SO 4 439,6375
Neraca Massa Menara Distilasi II
CH 2 CHCOOH
CH 2 CHCOOCH 3 7.106,2205
H 2 SO 4 0,0000
Total
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.9
Neraca Massa Overall
Arus 11 Arus 12 CH 2 CHCOOH
0,0000 0,0000 CH 3 OH
CH 2 CHCOOCH 3 0,0000
H 2 SO 4 0,0000
2.4.2. Neraca Panas
Tabel 2.10
Neraca Panas Tee
Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)
Panas umpan masuk 1
Panas keluar campuran
175.473,77 Panas umpan masuk 2
Total
Total
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.11
Neraca Panas Reaktor I
Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)
Panas umpan masuk
209.180,8770 Panas produk keluar
1.154.715,595 Panas reaksi
1.340.140,073 Pendingin yang dibutuhkan 394.605,3543
Neraca Panas Reaktor II
Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)
Panas umpan masuk
1.154.715,595 Panas produk keluar
1.155.967,632 Panas reaksi
164.051,4815 Pendingin yang dibutuhkan 162.799,4452
Neraca Panas Dekanter
Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)
Panas umpan masuk
1.155.967,6317 Panas produk keluar atas
782.330,7178 Panas produk keluar bawah
Total
1.155.967,6317 Total
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
31
Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.14
Neraca Panas Menara Distilasi I
Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)
Panas dalam umpan
519.197,0781
Beban panas kondensor
4.840.233,24 Beban panas reboiler
4.887.420,4493
Panas dalam distilat
454.728,7875
Panas dalam bottom
Neraca Panas Menara Distilasi II
Panas masuk (kJ/jam)
Panas keluar (kJ/jam)
Panas dalam umpan
782.330,72
Beban panas kondensor
5.252.408,79 Beban panas reboiler
5.285.266,71
Panas dalam distilat
751.015,56
Panas dalam bottom
64.173,07
Total
6.067.597,42
Total
6.067.597,42
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan
2.5.1 Lay Out Pabrik
Tata letak 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 para pekerja serta keselamatan proses.
Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :
1. Pabrik Metil Akrilat ini merupakan perancangan awal, sehingga penentuan lay out dibatasi oleh bangunan yang ada.
2. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa depan.
3. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan, maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan panas, dan dari bahan yang mudah meledak, juga jauh dari asap atau gas beracun.
4. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah outdoor untuk menekan biaya bangunan dan gedung, dan juga karena iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secara outdoor.
5. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian dan pengaturan ruangan / lahan.
(Vilbrant, 1959) (Vilbrant, 1959)
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu :
a. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas, dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual
b. Daerah proses Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.
c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk. Merupakan daerah untuk tangki bahan baku dan produk.
d. Daerah gudang, bengkel dan garasi. Merupakan daerah untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.
e. Daerah utilitas Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan.
f. Daerah pengembangan Merupakan area kosong yang disediakan apabila pabrik akan melakukan perluasan daerah proses.
(Vilbrant, 1959) (Vilbrant, 1959)
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
Keterangan Skala = 1 : 1000 :
Taman :
Arah jalan
PROSES
Area Perluasan
Ruang Generator
Sa
fe ty
Kebakaran Pemadam
Pintu Darurat
Gambar 2.5 Lay Out Pabrik Gambar 2.5 Lay Out Pabrik
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
2.5.2. Lay Out Peralatan
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pada pabrik Metil Akrilat, antara lain :
1. Aliran bahan baku dan produk Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan ekonomi yang besar serta menunjang kelancaran dan keamanan produksi.
2. Aliran udara Aliran udara di dalam dan di sekitar area 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.
3. Cahaya Penerangan seluruh pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan.
4. Lalu lintas manusia Dalam perancangan lay out pabrik perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dangan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalani tugasnya juga diprioritaskan.
5. Pertimbangan ekonomi Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
36
Bab II Deskripsi Proses
6. 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.
(Vilbrant, 1959) Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga : - Kelancaran proses produksi dapat terjamin. - Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia. - Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan
produktifitas kerja disamping keamanan yang kerja.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
T-01
T-02
T-04/A
T-04/B
R-02 DC
MD-01
RB-01 HE-01
KETERANGAN: T-01
: TANGKI METANOL
T-02
: TANGKI ASAM AKRILAT
T-04
: TANGKI METIL AKRILAT
R-01
: REAKTOR I
R-02
: REAKTOR II DC : DECANTER
MD-01
: MENARA DISTILASI I
MD-02
: MENARA DISTILASI II
CD-01
: CONDENSER MD-01
RB-01
: REBOILER MD-01
ACC-01
: ACCUMULATOR MD-01
CD-02
: CONDENSER MD-02
RB-02
: REBOILER MD-02
ACC-02
: ACCUMULATOR MD-02
HE-01
: HEAT EXCHANGER I
HE-02
: HEAT EXCHANGER II
HE-03
: HEAT EXCHANGER III
Gambar 2.6 Lay Out Peralatan Proses Gambar 2.6 Lay Out Peralatan Proses
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
BAB III SPESIFIKASI ALAT
3.1 Reaktor
Kode
: R-01, R-02
Tugas : Mereaksikan metanol dan asam akrilat menggunakan
katalis asam sulfat
Tipe
: Reaktor Alir Tangki Berpengaduk
: 319,55 ft 3 = 9,05 m 3
Bahan
: Low Alloy Steel SA 204 grade C
Kondisi
: P = 1 atm T = 80 0 C t = 44,62 menit Dimensi shell :
Diameter tangki
: 6,9624 ft (2,1220 m)
Tinggi tangki
: 6,9624 ft (2,1220 m)
Tebal shell
: 0,1875 in
Dimensi head :
Bentuk
: Torispherical dished head
Tebal head : 0,25 in Tinggi total : 9,6085 ft (2,9287 m) Tebal head : 0,25 in Tinggi total : 9,6085 ft (2,9287 m)
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi
Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun 39
Bab III Spesifikasi Alat
Pengaduk
Tipe
: 6 blade plate turbine impeller with 4 baffle
: 2,3208 ft (0,7074 m)
Jarak impeller dengan bottom : 2,3788 ft (0,2751 m) Kecepatan
: 91,9256 rpm Power : 6 HP
Jaket pendingin :
Tinggi jaket : 6,9624 ft (2,1222 m) Lebar jaket untuk R-01 : 0,1384 ft (0,0422 m)
untuk R-02 : 0,0807 ft (0,0246 m) Tinggi cairan : 6,2746 ft (1,9125 m)
Suhu masuk : 30 0 C Suhu keluar : 40 0 C
Fungsi : Memisahkan campuran berdasarkan kelarutan Jenis
: Continuous gravity decanter
Bentuk
: Silinder horizontal
Jumlah
: 1 buah : 1 buah
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi
Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun 40
Bab III Spesifikasi Alat
Bahan
: Low Alloy Steel SA 204 grade C
Kondisi Operasi :
Waktu tempuh : 457,99 detik (7,6332 menit) Waktu settling : 33,39 detik (0,5565 menit)
Dimensi shell :
Dimensi head :
Jenis
: Torispherical dished head
Panjang total
: 2,6408 m
Tinggi keluaran fase atas
: 0,5403 m
Tinggi keluaran fase bawah : 0,4542 m Tinggi permukaan interface : 0,1695 m Tinggi keluaran fase bawah : 0,4542 m Tinggi permukaan interface : 0,1695 m
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi
Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun 41
Bab III Spesifikasi Alat
3.3 Menara Distilasi
Tabel 3.1
Spesifikasi Menara Distilasi
Spesifikasi
Menara Distilasi I
Menara Distilasi II
Merecycle asam sulfat yang akan dikembalikan
ke reaktor pertama
(R-01)
Memisahkan produk metil akrilat dan air dengan top product larutan metil akrilat 99,5% wt Jenis
Tray column
Tray column Jumlah
Low Alloy Steel SA 204
grade C
Stainless steel SA 167 grade 3 type 304 Tekanan operasi
1 atm
1 atm
Suhu top 99,95 o C 81,72 o C Suhu bottom
176,53 o C 95,005 o C Diameter
0,9366 m
1,2547 m Tebal shell atas
0,0064 m (0,25 in)
0,0048 m (0,1875 in)
Tebal shell bawah
0,0159 m (0,625 in)
0,0079 m (0,3125 in)
Jenis head
Torispherical head
Torispherical head Torispherical head
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi
Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun 42
Bab III Spesifikasi Alat
Spesifikasi
Menara Distilasi I
Menara Distilasi II
Tinggi head atas
0,2069 m
0,2462 m
Tinggi head bawah
0,2085 m
0,2462 m
Tebal head atas
0,00476 m (0,1875 in)
0,00476 m (0,1875 in)
Tebal head bawah
0,0635 m (0,25 in)
0,00476 m (0,1875 in)
Jenis plate
Sieve tray
Sieve tray Jumlah plate
33 22 Plate spacing
0,5 m
0,5 m
Feed plate
Plate ke-6 dari atas
Plate ke-11 dari atas Tinggi total
Spesifikasi Condenser
Kode alat
CD-01
CD-02 Fungsi
Mengkondensasikan uap
hasil atas MD-01
Mengkondensasikan uap hasil atas MD-02 Tipe
Shell and Tube
Shell and tube Shell and tube
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi
Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun 43
Bab III Spesifikasi Alat
1 buah Beban panas
4.840.233,24 kJ/jam
5.252.408,79 kJ/jam Luas transfer panas
291,7789 ft 2 623,2589 ft 2
Panjang pipa
1,8288 m
1,8288 m
Shell side
Fluida
Vapor top product MD-01
Vapor top product MD-02 Laju alir
2.332 kg/jam
13.707,85 kg/jam Material
Stainless steel SA 167
grade 3 type 304
Stainless steel SA 167 grade 3 type 304 Suhu masuk
99,95 o C 81,721 o C Suhu keluar
99,70 o C 81,362 o C ID shell
39 in
39 in Baffle
29,25 in
29,25 in Pass
1 1 Presssure drop
0,3212 psi
1,7358 psi
Tube side
Fluida
Air pendingin
Air pendingin Laju alir
94.448,0833 kg/jam
102.490,9170 kg/jam Material
Titanium Titanium
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi
Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun 44
Bab III Spesifikasi Alat
Suhu masuk
30 o C 30 o C Suhu keluar
40 o C 40 o C OD tube
0,75 in
0,75 in ID tube
0,652 in
0,652 in BWG
18 18 Jumlah tube
Triangular Pitch
1 in
1 in Pass
2 2 Presssure drop
4,6316 psi
1,4019 psi
Rd required
0,0015 hr.ft 2 F/BTU
0,0015 hr.ft 2 F/BTU Rd calculated
0,0017 hr.ft 2 F/BTU
0,0024 hr.ft 2 F/BTU
3.5 Reboiler
Tabel 3.3
Spesifikasi Reboiler
Kode alat
RB-01
RB-02 Fungsi
Menguapkan sebagian
Menguapkan sebagian Menguapkan sebagian
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi
Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun 45
Bab III Spesifikasi Alat
liquid hasil bawah MD-01
liquid hasil bawah MD-02 Tipe
Kettle
Kettle Jumlah
1 buah
1 buah Beban panas
4.887.420,4493 kJ/jam
5.285.266,7055 kJ/jam Panjang pipa
1,8288 m
1,8288 m
Shell side
Fluida
Hasil bawah MD-01
Hasil bawah MD-02 Laju alir
11.430,10 kg/jam
5.922,28 kg/jam Material
Low Alloy Steel SA 204
grade C
Stainless steel SA 167 grade 3 type 304 Suhu masuk
176,5296 o C 95,005 o C Suhu keluar
176,5440 o C 95,007 o C ID shell
29 in
19,25 in Baffle
21,75 in
14,437 in Pass
1 1 Presssure drop
Diabaikan
Diabaikan
Tube side
Fluida
Steam
Steam Laju alir
2.490,6433 kg/jam
2.438,5659 kg/jam Material
Cast steel
Cast steel Cast steel
commit to user
Prarancangan Pabrik Metil Akrilat Dari Metanol dan Asam Akrilat dengan Proses Esterifikasi
Kapasitas 55.000 Ton/ Tahun 46
Bab III Spesifikasi Alat
Suhu masuk 193,89 o C 132,222 o C Suhu keluar
193,89 o C 132,222 o C OD tube
0,75 in
0,75 in ID tube
0,652 in
0,652 in BWG
18 18 Jumlah tube
Triangular Pitch
1 in