PRARANCANGAN PABRIK PHTHALIC ANHYDRIDE DARI O-XYLENE DAN UDARA DENGAN KAPASITAS 80.000 TON/TAHUN
Disusun oleh: Aldin Muhammad Muhammad Qadrian
10/302143/TK/37309 10/302143/TK/37309
Dosen Pembimbing: Wiratni, S.T., M.T., Ph.D.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2014
Prarancangan Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride Anhydride dari dari o-Xylene o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
LEMBAR PENGESAHAN
Tugas Tugas Perancan Perancangan gan Pabrik Pabrik Kimia dengan dengan judul :
PRARANCAN PRARANCANGAN GAN PABRIK PABRIK PHTHALIC PHTHALIC ANHYDRIDE ANHYDRIDE DARI DARI O-XYLENE DAN UDARA DENGAN KAPASITAS 80.000 TON/TAHUN
Dikerjak Dikerjakan an oleh oleh : Maulana Gilar Nugraha
10/300881/TK/36681
Aldin Muhammad Qadrian
10/302143/TK/37309
Telah diperiksa dan disetujui Yogy Yogyak akar arta ta,, Juni Juni 2014 2014 Dosen Pembimbing,
Wiratni, S.T., M.T., Ph.D.
ii
Prarancangan Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride Anhydride dari o-Xylene o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas Kapasitas 80.000 ton/tahun
PERNYATAAN
Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam mengerjakan tugas PPK ini kami tidak melakukan pemalsuan (fabricating) data dan tidak menjiplak karya orang lain. Semua materi dalam laporan tugas PPK ini merupakan hasil h asil karya kami sendiri, kecuali yang secara secar a tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Jika di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam tugas PPK ini, maka kami bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan.
Yogyakar Yogyakarta, ta, 11 Juli 2014 2014
Aldin Muhammad Qadrian
iii
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan kepada Allah SWT yang selalu melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Prarancangan Pabrik Kimia ini. Adapun tugas ini disusun sebagai prasyarat untuk menyelesaikan jenjang studi strata satu (S-1) di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada. Judul tugas akhir yang dikerjakan adalah
“
Prarancangan Pabrik
Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun. Bagian yang dibuat terperinci adalah reaktor (R-01) dan Switch
Condenser (SC-01). (SC-01). Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak pihak yang telah membantu sehingga Tugas Prarancangan Pabrik Kimia ini bisa tersusun, antara lain kepada : 1.
Ir. Moh. Fahrurrozi, MSc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada.
2.
Wiratni, S.T., M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas bimbingan yang diberikan selama penyusunan laporan.
3.
Orang tua dan keluarga besar yang senantiasa memberikan restu, doa, dan bimbingan.
4.
Teman-teman Teknik Kimia UGM Angkatan 2010 yang telah memberikan semangat dan kebersamaan.
5.
Seluruh pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam terselesaikannya Tugas Perancangan Pabrik Kimia ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Akhir kata, penulis mohon maaf atas segala kekurangan dan semoga Tugas
Perancangan Pabrik Kimia ini dapat memberikan manfaat yang sebesar-besarnya kepada ilmu pengetahuan. Yogyakarta, Juni 2014
Penyusun
iv
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
DAFTAR ISI
Halaman Judul.....................................................................................................
i
Lembar Pengesahan ............................................................................................
ii
Pernyataan .......................................................................................................... iii Kata Pengantar ...................................................................................................
iv
Daftar Isi..............................................................................................................
v
Intisari .................................................................................................................
vi
Abstract ............................................................................................................... vii BAB I
: PENDAHULUAN .........................................................................
1
BAB II
: URAIAN PROSES ........................................................................
8
BAB III
: SPESIFIKASI BAHAN ................................................................. 14
BAB IV
: DIAGRAM ALIR .......................................................................... 16
BAB V
: NERACA MASSA ........................................................................ 19
BAB VI
: NERACA PANAS ......................................................................... 24
BAB VII
: SPESIFIKASI ALAT .................................................................... 28
BAB VIII : UTILITAS ..................................................................................... 47 BAB IX
: LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ...................................... 98
BAB X
: PERTIMBANGAN ASPEK KESELAMATAN, KESEHATAN KERJA, DAN KELESTARIAN LINGKUNGAN ........................ 105
BAB XI
: ORGANISASI PERUSAHAAN ................................................... 128
BAB XII
: EVALUASI EKONOMI................................................................ 140
BAB XIII : KESIMPULAN.............................................................................. 161 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 162 LAMPIRAN
v
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun INTISARI
Phthalic anhydride adalah bahan utama dalam pembuatan plasticizer yang digunakan untuk memproduksi lapisan fleksibel seperti wallpaper dan upholstery fabric dari polimer yang cukup getas. Selain itu, penggunaan phthalic anhydride lainnya adalah untuk produksi unsaturated polyester resins , alkyd resins dan lainlain. Pembuatan phthalic anhydride secara garis besar terdiri atas 5 tahap. Tahap pertama adalah pengolahan bahan baku berupa o-xylene dan udara. Bahan baku akan dipanaskan sampai suhu 350oC dan tekanan 6 atm sebelum masuk ke dalam reaktor. Tahap kedua adalah tahap oksidasi yang berlangsung dalam reaktor fixed bed multitube dengan bantuan katalis. Tahap ketiga adalah tahap kondensasi gas keluaran reaktor di dalam switch condenser . Tahap keempat adalah pemurnian hasil dengan aging tank dan menara distilasi yang bertujuan untuk memisahkan phthalic anhydride dari komponen lain. Tahap terakhir adalah tahap pemadatan produk menggunakan flaker . Selanjutnya produk flake phthalic anhydride akan disimpan dalam bin sebelum di packing . Pabrik ini dirancang dengan kapasitas 80.000 ton/tahun atau 10080 kg/jam. Produk phthalic anhydride dengan kemurnian 99,8% dihasilkan diproduksi dari 9753,84 kg/jam o-xylene. Kebutuhan utilitas meliputi air sebanyak 36.864,34 kg/jam; dan listrik dengan daya 306,93 kW. Pabrik ini direncanakan untuk di dirikan di Kota Cilegon, Propinsi Banten dengan luas tanah 3 Ha. Total karyawan yang dibutuhkan ialah sebanyak 193 orang. Dari perhitungan hasil evaluasi ekonomi diperoleh parameter sebagai berikut: Fixed Capital Investment ( FCI ) sebesar Rp 163.935.200.000,00 dan US$ 49.300.000,00; Working Capital (WC ) sebesar Rp 80.687.400.000,00 dan US$ 5.600.000,00; Keuntungan sebelum pajak Rp293.499.400.000,00; Keuntungan setelah pajak Rp146.749.700.000,00; Return On Investment before taxes = 44,72%; Return On Investment after taxes = 22,38%; Pay Out Time before taxes = 2,12 tahun; Pay Out Time after taxes = 4,02 tahun; Break Even Point ( BEP ) = 41,46%; Shut Down Point (SDP ) = 17,02% , Discounted Cash Flow Rate of Return ( DCFRR) = 36,13 % . Kata Kunci : Phthalic anhydride, o-xylene, plasticizers.
vi
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
AB STR AC T
Phthalic anhydride is the intermediate product that mainly used as plasticizer. Plasticiziers used as flexible layer production such as, wallpaper and upholstery fabric from brittle polymer. Beside that, phthalic anhydride also used as unsaturated polyester resins, alkyd resins production and many more.. Phthalic anhydride production consists of 5 steps. First step is raw material (o-xylene and air) preparation. O-xylene and air would be heated and pressured up to 350oC and 6 atm before enter the reactor. Second step is oxidation process inside the fixed bed multitube reactor with catalyst loading. Third step is the reactor’s product condensation that occur inside switch condenser. Fourth step is product purification with aging tank and distillation coloumn. Last step is the product solidification process using flaker. Phthalic anhydride flake would be saved in bin before packaging process. The plant is designed with a capacity of 80,000 tons/year or 10080 kg/hour. The phthalic anhydride product with 99,8% purity is produced from 9753,84 kg/hout o-xylene. Utilities includes water as much as 36.864,34 kg/hour and 306,93 kW electrical power. The plant is planned to be established in Cilegon, Banten Province, with an area of 3 hectares. Total employees are needed as much as 193 people. The calculation results the economic evaluation parameters obtained as follows: Fixed Capital Investment (FCI) of Rp163,935,200,000.00 and U.S.$49,300,000.00; Working Capital (WC) of Rp 80,687,400,000.00 and U.S. $ 5,600,000.00; Profit before tax of Rp 293,499,400,000.00; Profit after tax of Rp146,749,700,000.00; Return on Investment (ROI) before taxes = 44.72%, Return on Investment after taxes = 22.38%; Pay Out Time (POT) before taxes = 2.12 years; Pay Out Time after taxes = 4.02 years; Break Even Point (BEP) = 41.46%; Shut Down Point (SDP) = 17.02%, Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFRR) = 36.13%. Keywords: Phthalic anhydride, o-xylene, plasticizers
vii
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB I PENDAHULUAN
A.
LATAR BELAKANG
Pada tahun 2012, kapasitas produksi phthalic anhydride dari seluruh dunia adalah 4,3 juta ton ( Phthalic anhydride Market-Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends and Forecast 2013 – 2019). Penggunaan phthalic anhydride yang paling penting adalah untuk produksi plasticizers sebanyak 55% (Ullmann, 2011). Selain itu, penggunaan phthalic anhydride lainnya adalah untuk produksi unsaturated polyester resins sebanyak 14%, alkyd resins sebanyak 15%, dan lain-lain sebanyak 16% (Ullmann, 2011). Plasticizer digunakan untuk memproduksi lapisan fleksibel seperti wallpaper dan upholstery fabric dari polimer yang cukup getas. Plasticizer dibagi dalam dua tipe: diester dari monohydric alcohol sejenis seperti dibuthyl phthalate atau campuran dari dua monohydric alcohol tidak sejenis. Plasticizers yang paling banyak diproduksi adalah jenis dioctyl phthalate (DOP) (Kirk & Othmer, 2007). Selama ini produk plasticizer selain dipasarkan di dalam negeri juga diekspor ke mancanegara. Untuk memenuhi kebutuhan phthalic anhydride di Indonesia, produksi lokal dan impor menjadi andalan. Namun, produksi phthalic anhydride lokal hanya disokong oleh satu perusahaan, yaitu PT Petrowidada Gresik. Perkembangan ekspor dan impor phthalic anhydride di Indonesia dapat dilihat pada tabel berikut ini (Badan Pusat Statist ik, 2013):
Daftar I.1. Data Perkembangan Ekspor dan Impor Phthalic anhydride di Indonesia, Periode 2009-2012 (Badan Pusat Statistik, 2013)
Tahun
Ekspor (ton)
Impor (ton)
2009
19.442,5
16.265,5
2010
9.491,2
20.286,5
2011
5.328
29.577,2
2012
8.270,1
34.173,1
1
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 40.000,00 35.000,00 30.000,00
n o t , 25.000,00 r o p s k 20.000,00 E / r o 15.000,00 p m I
Ekspor (ton) Impor (ton)
10.000,00 5.000,00 0,00 2008
2009
2010
2011
2012
2013
Tahun
Gambar I.1. Grafik Perkembangan Ekspor dan Impor Phthalic Anhydride di Indonesia, Periode 2009-2012 (Badan Pusat Statistik, 2013)
Berdasarkan hasil ekstrapolasi data pada Gambar 2, diperkirakan pada tahun 2017, tahun dimana pabrik akan didirikan, jumlah phthalic anhydride yang akan diimpor dan diekspor secara berurutan adalah sebanyak 66.034,18 ton dan 1.404,29 ton. Dapat dilihat terjadi peningkatan jumlah impor phthalic anhydride dan penurunan pada jumlah ekspor secara signifikan. Berikut kapasitas berbagai pabrik komersil phthalic anhydride yang telah beroperasi di seluruh dunia :
Daftar I.2. Kapasitas Pabrik Produksi Phthalic Anhydride Komersil di Seluruh Dunia Perusahaan
Lokasi
Kapasitas (ton/th)
PT Petrowidada
Gresik, Indonesia
70.000
Resinas Polyesters
Spanyol
30.000
Chauny
Aisne, Perancis
40.000
Petkim
İzmit Yarımca, Turki
34.000
Veba Chemie AG
Bottrop, Jerman Barat
31.000
2
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Stepan Chemical
Northfield, Taiwan
23.000
Dapat disimpulkan bahwa pabrik yang memproduksi phthalic anhydride secara komersil berkapasitas sekitar 23.000 – 75.000 ton/tahun. Melalui berbagai pertimbangan tersebut, maka kapasitas pabrik optimum untuk rancangan adalah sebesar 80.000 ton/tahun dengan tujuan :
Mengurangi kebutuhan impor phthalic anhydride;
Menambah suplai kebutuhan phthalic anhydride dalam negeri;
Sebagai stimulan pertumbuhan industri o-xylene dan industri berbahan baku phthalic anhydride.
Phthalic anhydride akan diproduksi menggunakan bahan baku o-xylene. Untuk memenuhi kebutuhan o-xylene di Indonesia, impor masih diperlukan karena o-xylene tidak diproduksi di dalam negeri. O-xylene didatangkan dari beberapa negara, seperti Singapura, Taiwan, Korea, Rusia, Australia dan Amerika Serikat. Dari beberapa negara pemasok o-xylene tersebut, Singapura tercatat sebagai pemasok terbesar.
B.
TINJAUAN PUSTAKA
Pada awalnya metode produksi phthalic anhydride yang dikembangkan adalah dengan oksidasi naphthalene pada fase gas menggunakan katalis berupa vanadium dan molybdenum oxide yang dikembangkan di USA. Setelah perang dunia kedua, metode yang paling banyak digunakan adalah metode oksidasi
BASF’s naphthalene dengan asam sulfat dalam fase cair. Proses ini dipatenkan pada 1896. Proses ini sangat banyak dilakukan sampai akhirnya pada akhir 1950an terjadi kelangkaan naphthalene (Kirk & Othmer, 2007). Setelah itu dipilihlah o-xylene sebagai bahan baku baru produksi phthalic anhydride ditambah dengan persediaan o-xylene sebagai hasil dari industri petrochemical sangat melimpah.. Keuntungan penggunaan o-xylene adalah secara teoritis akan diperoleh yield sebesar 1.395 kg/kg. Lebih tinggi jika dibandingkan penggunaan naphthalene yang hanya menghasilkan yield sebesar 1.157 kg/kg (Kirk & Othmer,2007).
3
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Beberapa jenis proses produksi phthalic anhydride dengan oksidasi o xylene yang berkembang antara lain: 1) Oksidasi o-xylene pada fase gas Proses ini adalah proses yang paling banyak digunakan saat ini. Secara umum proses ini dilakukan dengan cara mereaksikan oksigen dan o-xylene dalam fase gas pada multitube reaktor dengan katalis umumnya Vanadium Oxide (V2O5) dengan penyangga berupa Titanium Oxide (TiO2). Penggunaan TiO 2 sebagai penyangga menyebabkan dispersi V 2O5 yang baik sehingga aktivitas katalis pun menjadi tinggi. Suhu operasi reaktor berkisar antara 296 s/d 400 oC. Reaksi yang terjadi sangat eksotermis sehingga produk keluar reaktor harus didinginkan di kondenser. Produk samping yang dihasilkan dari proses ini adalah benzoic acid, maleic acid, phthalic acid , dan phthalide. Reaksi utama pembuatan phthalic anhydride dari o-xylene dan udara adalah sebagai berikut:
Gambar I.2. Reaksi Utama Proses Oksidasi O-xylene Fase Gas
Beberapa jenis proses yang berkembang untuk jenis oksidasi o-xylene pada fase gas antara lain : a) The BASF Process Proses ini menggunakan reaktor dengan dua layer bed katalis yang berfungsi untuk mengurangi jumlah byproduct . Selain itu katalis yang digunakan pun tidak perlu diaktivasi oleh Sulfur Dioxide (SO2). Namun banyak terdapat titik-titik hotspot yang sering terjadi dalam bed. Hal ini mengakibatkan yield berkurang dan umur katalis pendek. b) The Nippon Shokubai VGR ( Vent Gas Recycling ) Process
4
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Proses Vent Gas Recycling akan me-recycle kembali exhaust gas keluar reaktor ke inlet untuk menurunkan konsentrasi oksigen dibawah 10% vol (diluar batas flammability limit -nya). Proses VGR telah dikembangkan secara komersial oleh Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd. di Jepang.. c) The Alusuisse-Ftalital LAR Process Katalis yang digunakan dalam proses ini berbentuk cincin atau setengah cincin. Penggunaan katalis jenis ini akan memuat lebih banyak katalis dalam reaktor.
Sehingga untuk kapasitas yang sama biasanya ukuran
reaktor untuk proses LAR akan relatif lebih kecil. d) Atofina Process Proses jenis ini telah dioperasikan pada pabrik PT Petrowidada Gresik Indonesia dengan kapasitas 70.000 ton/tahun.
e) Von Heyden Process Proses ini dikembangkan secara komersial oleh Lurgi öl Gas Chemie GmbH di Frankfurt dengan kapasitas produksi
20.000 – 75.000
ton/tahun. Sedangkan kapasitas maksimal untuk proses ini adalah 140.000 ton/tahun. (Ullman,2011)
Perbandingan kondisi operasi pada jenis-jenis proses oksidasi o-xylene pada fase gas diatas dapat dilihat pada Daftar 1 berikut:
5
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Daftar I.3. Tabel Perbandingan Kondisi Operasi Berbagai Jenis Proses pada Oksidasi O-xylene Fase Gas
No
Jenis
Suhu
Konsentrasi o-xylene
Yield
Proses
operasi (oC)
masuk (g/m3)
(gPA/g o-
Energi
Kapasitas (ton/tahun)
xylene) 1
BASF
340-400
80-120
1,113-
Rendah
-
1,131 2
Wacker
370-410
90-100
1,02-1,06
Tinggi
-
3
VGR
360-400
85
1,16
Tinggi
40.000
4
LAR
-
135
-
Rendah
-
5
Atofina
300-400
-
-
Rendah
80.000
6
Von
340-360
40-130
1,10-1,12
Rendah
140.000
Heyden (Ullman,2011 & Data Paten)
2) Oksidasi o-xylene pada fase cair Pabrik komersil yang menggunakan oksidasi o-xylene dalam fase cair, dengan menggunakan asam asetat sebagai solvent dan cobalt/mangan/brom sebagai katalis, pernah dioperasikan di Perancis sejak 1965 namun ditutup pada tahun 1970. Namun dalam pembangunan pabrik tersebut dibutuhkan capital cost yang besar karena besarnya kebutuhan logam dalam jumlah yang besar. (Kirk & Othmer, 2007)
Perbandingan kondisi operasi pada proses oksidasi o-xylene fase gas dan cair dapat dilihat pada Daftar 2 berikut:
6
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Daftar I.4. Tabel Perbandingan Kondisi Operasi Pada Oksidasi O-xylene Fase Gas dan Cair No
Jenis
Suhu
proses
(oC)
Solvent
Aspek
Manufacturing
Yield
Safety
cost
(gPA/g
oksidasi 1
Fase gas
o-xylene) 300-400
SO2
Suhu
(untuk
operasi
aktivasi
tinggi,
katalis)
solvent
Rendah
1,10-1,16
Tinggi
1,125
toxic 2
Fase cair
150-245
Asam
Korosif
Asetat
Dari Tabel 2 dapat diambil kesimpulan proses yang dipilih adalah proses 1 (oksidasi o-xylene fase gas). Dari segi suhu operasi dapat dilihat bahwa suhu operasi pada fase gas lebih tinggi, yang berarti energi yang harus disediakan untuk proses lebih besar dan alat kontrol dan safety yang harus disiapkan juga harus lebih baik. Namun hal itu tidaklah sebanding jika ditinjau dari segi cost manufacturing . Cost maufacturing proses 2 lebih mahal jika dibandingkan dengan proses 1 karena dibutuhkan proteksi lebih akibat sifat solvent yang dipakai. Seperti yang kita ketahui bahwa asam asetat adalah senyawa yang cukup korosif sehingga menyebabkan bahan konstruksi alat-alat proses menjadi lebih mahal. Pertimbangan lain pemilihan proses 1 dari segi yield . Dapat dilihat bahwa oksidasi fase gas memberikan nilai yield yang lebih besar dibandingkan oksidasi pada fase cair. Dapat ditinjau pula dari kenyataan di lapangan bahwa pabrik dengan proses 2 sudah tidak ada lagi yang beroperasi. Hal ini membuat pemilihan proses 1 menjadi lebih beralasan. Penggunaan solvent SO2 yang bersifat toxic dan sangat berbahaya bagi lingkungan pada proses 1 dapat diatasi dengan cara menjerap gas SO2 pada arus keluar reaktor kemudian me-recycle kembali gas SO2
7
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ke dalam arus masuk reaktor sehingga dapat dipastikan gas SO 2 tidak akan mencemari lingkungan. Dari Tabel 1 dapat diambil kesimpulan pula bahwa proses oksidasi o xylene pada fase gas yang dipilih adalah proses ke-6 yaitu von Heyden Process. Alasan pemilihan proses ini adalah karena batas atas suhu operasi proses ini adalah yang terendah. Sehingga dari aspek safety, proses ini jelas lebih unggul dibandingkan proses yang lain. Kemudian dari segi range konsentrasi o-xylene masuk reactor, dapat dilihat bahwa range konsentrasi o-xylene pada proses 6 adalah yang terbesar diantara yang lain. Besarnya range ini akan membuat pabrik lebih fleksibel dalam pengoperasiannya dikarenakan tidak terlalu terganggunya proses jika spesifikasi bahan baku yang digunakan ternyata mengalami perubahan. Dari segi yield dan energi pun terlihat bahwa yield dari proses 6 cukup tinggi dengan energy yang diperlukan oleh pabrik yang terbilang cukup rendah. Dari segi kapasitas pun proses 6 memiliki kapasitas maksimum yang sangat besar dibandingkan dengan jenis proses lain yaitu sebesar 140.000 ton/tahun.
8
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB II URAIAN PROSES
A. DASAR REAKSI
Reaksi pembentukan C8H4O3 ( phthalic anhydride) adalah reaksi heterogen fase gas dengan katalis padat, dimana terjadi reaksi oksidasi C8H10 (o-xylene) oleh oksigen yang berasal dari udara. Dalam reaksi oksidasi o-xylene oleh oksigen, selain reaksi utama pembentukan phthalic anhydride juga terjadi reaksi samping, yaitu terbentuknya C4H2O3 (maleic anhydride), C7H6O2 (benzoic acid ) , C8H8O2 (toluic acid,) C8H6O2 ( phthalide), C5H6O4 (citraconic acid), H2O, CO2, dan CO.
Reaksi utama yang terjadi : C8H10 + 3 O2
→
C8H4O3 + 3 H2O
Selain reaksi di atas, terjadi pula reaksi samping : C8H10 + 1,5 O2
→
C8H8O2
C8H10 +
→
C8H6O2
C8H10
2 O2
+ 3 O2
C8H10 +
6 O2
C8H10 + 7,5 O2 C8H10 + 8,5 O2
C7H6O2
→
+ H2O + 2 H2O + CO2 + 2H2O
→
C5H6O4
→
C4H2O3 + 4 CO2 + 4 H2O
→
+ 3 CO2 + 2 H2O
4 CO + 4 CO2
+ 5 H2O (Mc. Ketta, 1988)
Konversi total o-xylene yang bereaksi dalam reaktor adalah 99,95 % mol, sedangkan selektivitasnya adalah sebagai berikut : Daftar II.2. Selektivitas Reaksi Proses Von Heyden Komponen
Selektivitas (% mol)
C8H4O3
77,3
C8H8O2
0,2
C8H6O2
0,2
C7H6O2
0,8
C8H10O
0,1
C4H2O3
4,0
8
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Dan sisanya adalah selektivitas reaksi yang menghasilkan karbon monoksida yang merupakan komponen hasil samping terbanyak setelah air dan karbon dioksida. Katalis yang digunakan biasanya berbentuk cincin dengan komposisi lapisan aktif berupa vanadium oxide (V2O5) yang disangga oleh inert yang memiliki komposisi berupa titanium oxide (TiO2), silicate, silicon carbide (SiC), porselen, alumina, quartz (SiO2) dengan diameter total cincin 5-10 mm. Komponen-komponen lain seperti antimony (Sb), rubidium (Rb), cesium (Cs), niobium (Nb), dan phsporous (P) ditambahkan untuk meningkatkan selektivitas. Sifat-sifat fisis dari katalis yang digunakan adalah :
Bentuk pellet : hollow cylindrical
Bulk density
Melting point : 600 oC
Ukuran
: 0,99 g/cm3
: diameter luar
: 0,72 cm
diameter dalam : 0,36 cm panjang
: 0 70 cm (Von Heyden Patent Document, 2000)
B.
DESKRIPSI PROSES
Proses pembuatan phthalic anhydride dengan proses oksidasi katalitik oxylene terbagi dalam 5 tahap, yaitu : 1. Tahap pengolahan bahan baku 2. Tahap oksidasi 3. Tahap kondensasi 4. Tahap distilasi 5. Tahap pemadatan
B.1.
Tahap pengolahan bahan baku
9
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun a. O-xylene Bahan baku o-xylene ditampung dalam Liquid Vessel Tank T-01 pada suhu 30 oC dan tekanan 1 atm. Dari tangki ini o-xylene di naikkan tekanannya dengan Pompa Sentrifugal P-01 menjadi 6,7 atm dan dialirkan ke vaporizer untuk mengubah fasa o-xylene menjadi gas. Sebagai vaporizernya digunakan V-01 dengan medium pemanas berupa mobiloiltherm. O-xylene dipanaskan sampai titik didihnya sebesar 228,1 oC pada tekanan 6,7 atm. O-xylene keluar vaporizer berbentuk gas dan cairan dengan fraksi masing-masing 0,8 dan 0,2. Selanjutnya fase cair dan gas dipisahkan pada Flash Drum FD-01. Fase cair akan direcycle kembali ke dalam cairan keluar Pompa P-01 sedangkan gas o-xylene dialirkan ke Mixing Point MP-02 yang berada didalam Furnace F-01 untuk dicampur dengan udara.
b. Udara Udara dari atmosfer dengan temperature 30
o
C dinaikkan tekanannya
dengan menggunakan Kompresor C-01 hingga mencapai tekanan 6,7 atm. Udara akan dialirkan ke Mixing Point MP-02 di dalam Furnace F-01 dan akan dicampur dengan o-xylene.
c. Pencampuran o-xylene dengan udara Proses pencampuran o-xylene dengan udara berlangsung dalam Furnace F-01. Rasio o-xylene dengan udara adalah sekitar 70 gr/m 3, dimana konsentrasi ini berada dibawah ambang flammability limitnya. Campuran ini kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu 350 oC di dalam Furnace F-01, lalu masuk ke dalam Fixed Bed Multitube Catalytic Reactor R-01 pada tekanan 6 atm.
B.2.
Tahap oksidasi
Campuran gas melewati reaktor R-01 pada sisi tube dengan suhu masuk 350
o
C, dimana terjadi reaksi oksidasi dengan bantuan katalis vanadium
pentaoksida V2O5 yang disupport oleh TiO 2 dan unsur-unsur lainnya. Reaksi yang terjadi dalam tube reaktor ini sangat eksotermis pada suhu 340 – 360 oC. Alasan pemilihan kondisi operasi ini adalah bahwa jika suhu operasi dibawah 340 oC
10
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun akan menyebabkan kecepatan reaksi berkurang, sedangkan jika suhu operasi diatas 360 oC akan terbentuk CO 2 dan H2O yang lebih banyak, dimana reaksi ini tidak diinginkan karena akan mengurangi konversi pembentukan phthalic anhydride. Oleh karena itu diperlukan pendingin berupa molten salt yang mengalir melalui bagian shell reaktor. Gas hasil reaksi keluar dari reaktor pada suhu 350 oC akan dialirkan ke dalam Switch Condenser SC-01.
B.3.
Tahap kondensasi
Proses kondensasi terjadi pada Switch Condenser (SC-01) A/B yang bekerja secara semi kontinu. Oleh karena itu digunakan 2 kondenser untuk memastikan bahwa proses produksi dapat berjalan secara kontinu. Gas hasil oksidasi yang terdiri atas sebagian besar phthalic anhydride dan off gas berupa non-condensable gas seperti karbon monoksida, karbon dioksida, oksigen, dan nitrogen akan dipisahkan dalam Accumulator AC-01. Proses kondensasi ini meliputi tahapan sebagai berikut : a. Receiving Proses receiving merupakan tahap awal pemisahan dalam switch condenser , dimana gas yang keluar dari reaktor masuk ke bagian shell switch condenser . Pada tahap ini posisi valve cold oil dibuka, sedangkan valve hot oil tertutup yang berlangsung selama 180 menit. Dalam Switch Condenser SC-01, campuran gas yang mengandung sebagian besar phthalic anhydride didinginkan sampai temperatur 100 oC. Semua komponen kecuali non-condensable gas akan mengembun. Namun dalam perjalanan pengembunan komponen tersebut, terdapat beberapa komponen yang memadat karena telah melewati titik lelehnya. Padatan tersebut akan menjadi deposit padatan yang menempel pada bagian luar tube. Sedangkan komponen cair dan gas akan mengalir ke Accumulator AC-01 b. Melting Setelah proses receiving selesai, valve gas masuk ditutup karena kondenser bekerja untuk melelehkan deposit padatan yang terbentuk. Campuran padatan phthalic anhydride yang menempel pada dinding tube tersebut dilelehkan pada titik lelehnya, yaitu 105oC dan dialirkan dalam
11
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun keadaan cair jenuh Accumulator AC-01
Setelah dicairkan dalam switch condenser , cairan crude phthalic anhydride akan ditampung terlebih dahulu serta dipisahkan dengan noncondensable gas di dalam Accumulator AC-01. Didalam AC-01 terjadi reaksi antara phthalic anhydride dengan air yang menghasilkan phthalic acid . Selanjutnya crude phthalic anhydride dialirkan menggunakan pompa P-02 menuju Agitating Tank AT-01 pada kondisi jenuh pada tekanan 3,5 atm untuk mengubah crude phthalic acid menjadi phthalic anhydride dengan proses agitasi dan pemanasan. Reaksi di dalam AT-01 bersifat endotermis sehingga diperlukan pemanas untuk menjaga suhu operasi berkisar 150 oC. Medium pemanas yang digunakan adalah dengan mobiloiltherm. Kemudian air yang berada dalam Agitating Tank akan menguap dan keluar lewat atas tangki. Sedangkan bagian bawah campuran yang terdiri atas sebagian besar phthalic anhydride mengalir ke Menara Distilasi MD-01.
B.4.
Tahap distilasi
Phthalic anhydride yang telah dihilangkan sebagian besar airnya pada Aging Tank AT-01 dipompa menuju Menara Distilasi MD-01 yang beroperasi pada tekanan atmosfer 1,3 atm. Pada tahap distilasi ini, phthalic anhydride murni dipisahkan dari komponen-komponen lain yang ada dalam crude phthalic anhydride. Secara garis besar terbagi atas dua macam komponen sebagai berikut : 1. Light Boiling Residue (LBR), yaitu komponen-komponen dalam campuran yang mempunyai titik didih lebih rendah dari titik didih phthalic anhydride murni, seperti o-xylene, m-xylene, maleic anhydride, benzoic acid, toluic acid dan air. 2. High Boiling Residue (HBR), yaitu komponen-komponen dalam campuran yang mempunyai titik didih lebih tinggi dari titik didih phthalic anhydride murni, sepeti phthalide, citraconic acid dan phthalic acid . Pada Menara Distilasi MD-01 terjadi pemisahan antara phthalic anhydride dengan Light Boiling Residue (LBR). LBR diuapkan dan dikondensasikan dalam Total Condenser CD-01. Fraksi ringan dari LBR dialirkan ke dalam unit n unit
12
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun pengolahan limbah. Sedangkan hasil bawah dialirkan ke Menara Distilasi MD-02 untuk pemurnian phthalic anhydride lebih lanjut. Pada Menara Distilasi MD-02, dilakukan tahap pemurnian akhir yang bertujuan untuk memisahkan phthalic anhydride murni dengan High Boiling Residue (HBR) tersisa. HBR keluar pada bagian bawah dan dialirkan dengan pompa P-03 menuju unit pengolahan limbah. Phthalic anhydride murni didapatkan pada puncak kolom destilasi dan dikondensasikan dengan Kondenser Total CD-02.
B.5.
Tahap pemadatan produk
Phthalic anhydride cair yang telah dimurnikan dialirkan ke dalam Flaker FL-01, untuk memperoleh phthalic anhydride dalam bentuk flake. Pompa P-06 mengumpankan PA dari CD-02 menuju FL-01, kemudian padatan yang terbentuk diangkut dengan Belt Conveyor BC-01 dan Bucket Elevator BE-01 menuju Bin B-01.
13
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB III SPESIFIKASI BAHAN
A. BAHAN BAKU
a.
O-xylene Rumus molekul
: C8H10
Wujud (1 atm, 25 oC) : cair Densitas (gr/cm3)
: 0,881
Kemurnian (% berat) : min. 98 Impuritas (% berat)
: m-xylene maks. 2
Boiling point (oC)
: 156,6
Melting point (oC)
: -25,2
Viskositas
: 37,98 cp (pada suhu 30oC)
Harga
: $0,35/kg
b. Udara Wujud (25 0C)
: gas
Density udara (kg/m3)
: 1,2928
Komposisi udara pada umpan dapat dilihat pada tabel sebagai berikut : Daftar III.1. Komposisi Udara Umpan Komponen
Komposisi (% mol maks.)
N2
78
O2
21
CO
0,998
CO2
0,001
Ar
0,001
B. PRODUK
a. Phthalic anhydride Wujud (30 oC)
: padat
Bentuk
: flake
Densitas (gr/cm3)
: 1,52 – 1,54 14
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Kemurnian (% berat)
: 99,8
Impuritas (% berat)
: maleic anhydride maks 0,05 phtahlide maks. 0,06 phthalic acid maks. 0,04
lainnya maks. 0,05 Melting point (oC)
: 130,8
Boiling point (oC)
: 285
Kelarutan
: larut seluruh bagian dalam benzene
Harga
: $1,07/kg
b. Maleic anhydride Wujud (30 oC)
: padat
Bentuk
: flake
Kemurnian (% berat)
: 99,5
Melting point (oC)
: 52,5
Boiling point (oC)
: 202
15
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB IV DIAGRAM ALIR
Diagram alir kualitatif dan kuantitatif proses pembuatan phthalic anhydride dari o-xylene dan udara ditunjukkan masing – masing pada Gambar IV1 dan Gambar IV-2. Diagram alir kualitatif menggambarkan skema sederhana proses dan kondisi operasi berupa suhu dan tekanan tiap arus. Diagram alir kuantitaif menampilkan kondisi arus keluar dan masuk blok alat termasuk mass flow tiap arus.
16
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Gambar IV-1. Diagram Alir Kualitatif
17
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Gambar IV-2. Diagram Alir Kuantitatif
18
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB V NERACA MASSA
Simbol komponen: OX : o-xylene MX : m-xylene PA : Phthalic Anhydride MA : Maleic Anhydride TA : Toluic Acid PD : Phthalide BA : Benzoic Acid CA : Citraconic Acid PC : Phthalic Acid CO : Karbon monoksida CD : Karbon dioksida O : Oksigen N : Nitrogen W : Air A : Argon A. Neraca Massa Total
Daftar V.1 Neraca Massa Total Komponen
Input (kg/jam)
OX MX PA MA TA PD BA CA PC CO CD O N W A
9657,3 96,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1555,6 1,6 32734,0 121583,3 0,0 1,6
Total
165629,9
Output (kg/jam) 4,8
96,1 10243,6 356,6 24,8 24,4 88,8 11,8 186,8 3328,2 2862,7 20703,2 121583,3 6113,1 1,6 165629,9
19
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
B. Neraca Massa Alat
1. Neraca Massa di Flash Drum (FD-01) Daftar V.2 Neraca Massa pada Flash Drum ( FD-01) Input (kg/jam) Arus 4
Arus 5
Arus 6
OX MX
12072,2
9657,3
2414,9
120,1
96,6
23,6
Total
12192,3
9753,8
2438,5
Komponen
Output (kg/jam)
12192,3
2. Neraca Massa di Reaktor (R-01), untuk ketiga reaktor total. Daftar V.3 Neraca Massa pada Reaktor (R-01-A/B/C) Komponen
Input (kg/jam)
Output (kg/jam)
OX MX PA MA TA PD BA CA PC CO CD O N W A
9657,3 96,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1555,6 1,6 32734,0 121583,3 0,0 1,6
4,8 96,1 10410,1 356,6 24,8 24,4 88,8 11,8 0,0 3328,2 2862,7 20703,2 121583,3 6133,4 1,6
Total
165629,9
165629,9
20
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 3. Neraca Massa di Akumulator (AC-01), terjadi reaksi antara PA dengan air menjadi PC. Daftar V.4 Neraca Massa pada Akumulator (AC-01)
Komponen
Input (kg/jam) Arus 7
Output (kg/jam) Arus 8
Arus 9
4,8 96,1 2082,0 356,6 24,8 24,4
OX MX PA MA TA PD
4,8 96,1 10410,1 356,6 24,8 24,4
0,0
BA CA PC CO CD O N W A
88,8 11,8 0,0 3328,2 2862,7 20703,2 121583,3 6133,4 1,6
0,0
Total
165629,9
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
0,0
88,8 11,8 9341,0
3328,2
0,0
2862,7
0,0
20703,2
0,0
121583,3
0,0
0,0
5120,5
1,6
0,0
148479,0
17150,9
0,0
165629,9
21
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 4. Neraca Massa di Aging Tank (AT-01), untuk ketiga reaktor total. Daftar V.5 Neraca Massa pada Aging Tank (AT-01-A/B/C) Input (kg/jam) Arus 9
Arus 10
Arus 11
OX MX PA MA TA PD
4,8 96,1 2082,0 356,6 24,8 24,4
0,3 7,9 16,7 5,1 0,0 0,0
4,5 88,2 10226,8 351,5 24,7 24,4
BA CA PC
88,8 11,8 9341,0
0,2 0,0 0,0
88,6 11,8 186,8
W
5120,5
1466,5
4646,6
Total
17150,9
1496,8
15654,1
Komponen
Output (kg/jam)
17150,9
5. Neraca Massa di Menara Distilasi (MD-01) Daftar V.6 Neraca Massa pada Menara Distilasi 1 (MD-01)
Komponen
Input (kg/jam) Arus 11
Output (kg/jam) Arus 12
Arus 13
OX MX PA
4,5 88,2 10226,8
4,5
0,0
88,2 102,3
0,0
MA TA PD BA CA
351,5 24,7 24,4 88,6 11,8
344,5 24,0 0,0 86,0 0,0
24,4
PC W
186,8 4646,6
0,0
186,8
4646,6
0,0
Total
15654,1
5296,1
10358,0
10124,6 7,0 0,7 2,7 11,8
15654,1
22
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
6. Neraca Massa di Menara Distilasi 2 (MD-02) Daftar V.7 Neraca Massa pada Menara Distilasi 2 (MD-02) Input (kg/jam) Arus 13
Arus 14
Arus 15
PA MA TA PD BA CA PC
10124,6
10080,8
43,8
7,0
5,1
2,0
0,7
0,2
0,5
24,4
6,1
18,3
2,7
0,2
2,5
11,8
0,1
11,7
186,8
4,0
182,8
Total
10358,0
10096,5
261,6
Komponen
Output (kg/jam)
10358,0
23
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB VI NERACA PANAS
A. Neraca Panas Total
Daftar VI.1. Neraca Panas Total Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
Q oxylene masuk
20773,34
Q non condensable gas
1261807,99
Q udara masuk
188049,43
Q steam out dalam AT-01
551489,64
Q HE-01
7476408,32
Q low boiling residue MD-01
1396891,35
W kompresor
31976,00
Q high boiling residue MD-02
24270,89
Q pemanas V-01
1641676,93
Q produk
26670,42
Q pemanas dalam F01
8351695,83
Q pendingin R-01
36724429,55
Q reaksi dalam R-01
36689770,32
12633015,99
Q reaksi dalam T-02
1042891,25
Q pemanas AT-01 Q reboiler MD-01
656992,35 1209874,97
Q pendingin SC-01 Q reaksi dalam AT01 Q kondenser MD-01 Q kondenser MD-02
Q reboiler MD-02
875375,19
Q pendingin pada HE-01
578928,34
Q pengembunan SC01
942746,26
Q pendingin FL-01
677160,12
Q pengembunan MD-01
1720404,10
Q penguapan V-01
670876,58
Q pengembunan MD-02
858724,15
Q penguapan AT-01
720385,69
Total
61707358,43
Q pembekuan FL-01
45310,83
Total
61707358,43
154364,80 1878897,64 1717448,29
24
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun B. Neraca Panas Alat
1. Neraca Panas di Vaporizer (V-01) Daftar VI.2. Neraca Panas pada Vaporizer (V-01) Komponen Input
Q (kkal/jam)
Komponen Output
Q (kkal/jam)
Q3
25925,87
Q 4 (uap)
235119,77
Q pemanas
1641676,93
Q 4 (cairan)
761606,46
Q penguapan
670876,58
Total
1667602,80
1667602,80
Total
2. Neraca Panas di Furnace (F-01) Daftar VI.3. Neraca Panas pada Furnace (F-01)
Komponen Input
Q (kkal/jam)
Q1 + Q5 Q pemanas
5470234,90 8351695,83 13821930,73
Total
Komponen Output
Q (kkal/jam)
Q 6
13821930,73
Total
13821930,73
3. Neraca Panas di Reaktor (R-01) Daftar VI.4. Neraca Panas pada Reaktor (R-01(A/B/C))
Komponen Input
Q (kkal/jam)
Komponen Output
Q (kkal/jam)
Q6
13821930,73
Q 7
13787271,50
Q reaksi
36689770,32
Q pendingin
36724429,55
Total
50511701,05
Total
50511701,05
4. Neraca Panas di Switch Condenser (SC-01) Daftar VI.5. Neraca Panas pada Switch Condenser (SC-01(A/B))
Komponen Input
Q (kkal/jam)
Komponen Output
Q (kkal/jam)
Q7
13787271,5
Q 8
1261807,99
Qpengembunan
942746,2613
Total
14730017,76
Q crude PA cair Q pendingin Total
835193,78 12633015,99 14730017,76
25
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
5. Neraca Panas di Akumulator (AC-02) Daftar VI.6. Neraca Panas pada Akumulator (AC-01) Komponen Input
Q (kkal/jam)
Komponen Output
Q (kkal/jam)
Q crude PA cair
835193,78
Q 9
1878085,13
Q reaksi
1042891,34
Total
1878085,13
Total
1878085,13
6. Neraca Panas di Aging Tank (AT-02) Daftar VI.7. Neraca Panas pada Aging Tank (AT-01(A/B/C)) Komponen Input
Q (kkal/jam)
Komponen Output
Q (kkal/jam)
Q9 Q pemanas
1878085,13 656992,35
Q 11 Q 10
1108837,35 551489,64
Q reaksi Q penguapan
154364,80 720385,69
Total
2535077,48
Total
2535077,48
7. Neraca Panas di Menara Distilasi 1 (MD-01) Daftar VI.8. Neraca Panas pada Menara Distilasi 1 (MD-01) Komponen Input
Q11 Q reboiler Q pengembunan Total
Q (kkal/jam)
Komponen Output
Q (kkal/jam)
1013034,80 1209874,97
Q 12 Q 13
1396891,35 667524,88
1720404,10
Q condenser
1878897,64
3943313,87
Total
3943313,87
26
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 8. Neraca Panas di Menara Distilasi 2 (MD-02) Daftar VI.9. Neraca Panas pada Menara Distilasi 2 (MD-02) Komponen Input
Q (kkal/jam)
Komponen Output
Q (kkal/jam)
Q13 Q reboiler Q pengembunan Total
666139,56 875375,19 858724,15 2400238,89
Q 14 Q 15 Q condenser Total
658519,71 24270,89 1717448,29 2400238,89
9. Neraca Panas pada Flaker (FL-01) Daftar VI.10. Neraca Panas pada Flaker (FL-01) Komponen Input
Q15 Q pembekuan Total
Q (kkal/jam)
Komponen Output
Q (kkal/jam)
658519,71
Phthalic Anhydride flakes
26670,42
45310,83
Q pendingin
677160,12
703830,54
Total
703830,54
27
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB VII SPESIFIKASI PERALATAN PROSES
VII.1. Tangki Penyimpan o-Xylene
Kode
: T-01
Fungsi
: Menyimpan bahan baku ortho xylene selama 30 hari sebanyak 7973,9 m3
Tipe
: silinder tegak dengan alas datar dan atap conical
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: carbon Steel SA- 283 Grade C
Kondisi penyimpanan : cair Suhu
: 30 C
Tekanan
: 1 atm
Tinggi
: 42 ft
Diameter
: 120 ft
Tebal shell
: Course 1 = 1,24 in Course 2 = 0,96 in Course 3 = 0,83 in Course 4 = 0,67 in Course 5 = 0,30 in Course 6 = 0,19 in
Tebal head
: 0.1875 in
Tinggi head
: 20,03 ft
Harga
: $ 48.132
VII.2. Flash Drum
Kode
: FD-01
Fungsi
: Memisahkan uap o-xylene dan m-xylene dengan cairannya dengan kapasitas 12192,31 kg/jam
Bahan
: Carbon Steel SA 283 Garde D
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
: Tekanan : 6,7 atm
28
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Suhu
: 501,26 K
Diameter
: 1,37 meter
Tinggi
: 4,47 meter
Tebal dinding
: 0,50 inch
Harga
: $ 14.823
VII.3. Furnace
Kode
: F-01
Fungsi
: Memanaskan feed gas dan udara dari suhu 228oC dan 68oC menjadi 350oC dengan kapasitas 165628,3 kg/jam
Tipe
: Fire Box Furnace
Bahan
: Baja tahan panas SA 240 Grade T
Jumlah
: 1 buah
Kondisi operasi
:
Inlet
:
Suhu
: 68oC (Udara) dan 228oC (Feed Gas)
Tekanan
: 6,57 atm
Suhu
: 350oC
Tekanan
: 6,57 atm
Outlet
Beban panas
: 56,87 MMBTU/hour
Dimensi furnace
:
Tinggi
: 15 ft
Lebar
: 20 ft
Panjang pipa : 25 ft
Jumlah tube
: 141
Tebal isolasi
: 2,16 inch
Tinggi stack
: 20 ft
Harga
: $ 1.448.229
29
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
VII.4. Reaktor
Kode
: R-01
Fungsi
: mereaksikan o-xylene dan udara menjadi phthalic anhydride dengan kapasitas 165629,90 kg/jam
Tipe
: fixed bed multitube
Bahan konstruksi - Tube
: baja komersial ASA Standar B.36.10
- Shell
: stainless steel SA-204 Grade A
Jumlah reaktor
: 3 buah
Jumlah tube
: 7505 buah
Kondisi operasi
: non isotermal - non adiabatik
Temperatur
: 350 oC
Tekanan umpan
: 6 atm
Fase reaksi
: reaktan gas dengan katalis padat
Katalis
: V2O5
Pendingin
: molten salt
Tinggi reaktor
: 11 m
Volume reaktor
: 230,11m3
Tebal shell
: 1 in
Tinggi head
: 43,98 in
Massa katalis
: 23200,38 kg katalis
Bahan Isolasi
: diatomeous earth
Tebal isolasi
: 0,11 m
Harga
: $ 3.479.716
VII.5. Switch Condenser
Kode
: SC-01
Fungsi
: Mengembunkan gas keluar reaktor dengan kapasitas 165629,90 kg/jam
Tipe
: Multitube heat exchanger 1-1 dengan aliran counter
30
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
current Jumlah alat
:2
Waktu siklus
: 12 menit
Tahap desublimasi
: 10 menit
Tahap melting
: 2 menit
Medium pemanas/pendingin : Crude oil Beban desublimasi
: 10185540 kJ/siklus
Beban pemanas
: 28192,17 kJ/siklus
Flowrate pendingin
: 44,44 kg/sekon
Flowrate pemanas
: 3,58 kg/sekon
Luas transfer panas
: 2188,09 m2
Kondisi operasi
:
Tekanan
: 1,3 atm
Tahap receiving
:
-
Suhu gas masuk
: 350oC
-
Suhu keluar proses receiving
: 105oC
-
Suhu pendingin masuk
: 28oC
-
Suhu pendingin keluar
: 211oC
Tahap melting -
Suhu awal padatan
: 105oC
-
Suhu keluar cairan
: 130oC
-
Suhu pemanas masuk
: 135oC
-
Suhu pemanas keluar
: 102oC
Dimensi
:
:
Shell side
:
-
Komponen yang mengalir
: Crude oil pendingin dan pemanas
-
Jumlah pass
:1
-
Bahan
: Carbon steel SA-283 Grade C
-
Inside diameter
: 78,74 in = 2 m = 6,56 ft
-
Tebal
: 0,1875 in
-
Panjang plate
: 3,42 ft
-
Panjang shell
: 9,78 m
31
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Tube side
:
-
Komponen yang mengalir
: Fluida keluar reaktor
-
Inside diameter
: 0,532 in
-
Outside diameter
: 0,018375 m = 0,75 in
-
PT
: 1 in
-
BWG
: 12
-
Panjang tube
: 9,78 m
-
Jumlah pass
:1
-
Jumlah tube
: 3876
-
Bahan
: Carbon steel SA-283 Grade C
Pressure Drop
: 0,254 atm
Tebal isolasi
: 0,181 m
Jenis isolasi
: Diatomaceous Earth
Harga
: $ 616.680
VII.6. Accumulator
Kode
: AC-01
Fungsi
:
Memisahkan cairan keluar Switch Condenser dengan non condensable gas dengan kapasitas 17150,89 kg/jam
Membuat kontinyu aliran setelah SC-01
Tipe
: silinder tegak dengan alas datar dan atap torispherical dished head
Jumlah
: 1 buah
Bahan
: carbon Steel SA- 283 Grade C
Fase operasi
: cair dan gas
Suhu
: 105 C
Tekanan
: 1 atm
Volume
: 93,75 ft3 = 2,65 m3
Tinggi
: 3,10 ft = 0,94 m
Diameter
: 12,40 ft = 3,78 m
Tebal tangki
: 0,25 in = 0,635 cm
32
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Tebal head
: 0.1875 in = 0,476 cm
Tinggi head
: 6,13 in = 15,57 cm
Harga
: $ 11.927
VII.7. Aging Tank
Kode
: AT-01
Tugas
: Untuk mengubah crude phthalic anhydride (mengandung sebagian phthalic acid) menjadi phthalic anhydride dengan proses agitasi dan pamanasan dengan kapasitas 16543,52 kg/jam
Tipe
: Cylindrical tank dengan atap dan bottom berbentuk torosperical dished head dengan pengaduk dan pemanas koil
Bahan
: Stainless Steel SA167 tipe 310
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
Suhu
: 423,15 K
Tekanan
: 3,5 atm
Konversi
: 67%
Waktu agitasi
: 8 jam
Volume
: 223,89 m3
Diameter tangki
: 6,58 m
Diameter pengaduk
: 2,19 m
Tinggi tangki
: 8,22 m
Tinggi cairan
: 6,54 m
Tebal baffle
: 0,21 m
Tebal shell
: 0,59 in
Tebal head
: 0,75 in
Pengaduk
:
Jenis pengaduk
: Marine propeller dengan 3 blades
Daya pengaduk
: 4 HP
Jenis pemamas
: Koil
33
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Panjang koil
: 860,65 ft
Jumlah putaran
: 28
Tinggi koil
: 10,90 ft
Bahan
: Stainless steel
Harga
: $ 374.836
VII.8. Menara Distilasi 1
Kode
: MD - 01
Fungsi
: Memisahkan produk utama (phthalic anhydride) sebagai hasil bawah dengan produk samping lainnya sebagai hasil atas dengan kapasitas 15654,09 kg/jam
Tipe
: Sieve tray
Bahan
: Carbon steel SA-283 Grade A
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
Feed
: Suhu : 150oC. Tekanan : 3,5 atm
Atas menara
: Suhu : 138,9oC. Tekanan : 3,4 atm
Bawah menara : Suhu : 353,53oC. Tekanan : 3,6 atm
Reflux
: 0,081
Reflux minimum
: 0,067
Jumlah Plate
: 16 plate
Tray spacing
: 20 in
Lokasi feed
: Diantara plate 7 dan 8
Dimensi
:
Tinggi menara
: 10,21 m
Diameter atas
: 0,747 m
Diameter bawah
: 0,542 m
Tebal shell
: 1/4in
Tebal head
: - puncak : 1/4 in - dasar
Tinggi head
: 1/4 in
: - puncak : 0,185 m
34
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
- dasar Harga
: 0,123 m
: $ 165.200
VII.9. Menara Distilasi 2
Kode
: MD - 02
Fungsi
: Memisahkan produk utama (phthalic anhydride) sebagai hasil atas dengan produk samping dengan kapasitas 10358,03 kg/jam
Tipe
: Sieve tray
Bahan
: Carbon steel SA-283 Grade A
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
Feed
: Suhu : 571 K. Tekanan : 1,3 atm
Atas menara : Suhu : 566,96 K. Tekanan : 1,2 atm
Bawah menara : Suhu : 599,89 K. Tekanan : 1,4 atm
Reflux
: 0,72
Reflux minimum
: 0,60
Jumlah Plate
: 25 plate
Tray spacing
: 20 in
Lokasi feed
: Diantara plate 14 dan 15
Dimensi
:
Tinggi menara
: 14,87 m
Diameter atas
: 1,40 m
Diameter bawah
: 0,38 m
Tebal shell
: 3/16 in
Tebal head
: - puncak : 3/16 in - dasar
Tinggi head
: - puncak : 0,298 m - dasar
Harga
: 3/16 in
: 0,102 m
: $ 169.320
35
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
VII.10. Flaker
Kode
: FL-01
Fungsi
: membentuk Phthalic Anhydride cair menjadi padatan berbentuk flake dengan kapasitas 10096,45 kg/jam
Jumlah
: 1 buah
Tipe
: Rotaring Drum Flaker ( single drum)
Bahan Komstruksi
: Carbon steel
Kebutuhan air pendingin : 6,97 kg/sekon Dimensi Flaker
:
Diameter
: 2,18 m
Luas
: 4,37 m2
Volume padatan
: 6,61 m3 /jam
Jumlah putaran drum
: 3,64 putaran / menit
Harga
: $ 107.339
VII.11. Belt Conveyor
Kode
: BC-01
Fungsi
: Mengangkut Phthalic anhydride dari Flaker (F-01) ke Bucket Elevator (E-01) sebanyak 10096,45 kg/jam
Tipe
: Closed Belt Conveyor
Bahan
: Stainless Steel 316
Jumlah
: 1 unit
Kapasitas
: 6,61 m3/jam
Panjang
: 30 ft
Lebar Belt
: 14 in
Power Motor
: 0,25 hp
Harga
: $ 14.600
VII.12. Bucket Elevator
Kode
: BE-02
Fungsi
: Mengangkut Phthalic anhydride dari Belt Conveyor
36
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
(BC-01) ke Bin (BI-01) sebanyak 10096,45 kg/jam Tipe
: Bucket elevator
Bahan
: Stainless Steel 316
Jumlah
: 2 unit
Kapasitas bahan
: 233,51 ft3/jam
Kapasitas elevator
: 9,62 ton/jam
Ukuran bucket
: 6 x 4 x 4,25 in
Jarak antar bucket
: 12 in
Kecepatan bucket
: 225 ft/min
Tinggi elevator
: 25 ft
Putaran poros puncak : 43 rpm Tenaga yang diijinkan pada putaran poros puncak : 9176 hp Tenaga tambahan
: 0,5 hp
Diameter poros puncak : 1,9375 in Diameter poros bawah : 1,6875 in Diameter pulley puncak : 20 in Diameter pulley bawah : 14 Harga
: $ 10.393
VII.13. Bin
Kode
: BI-01
Tugas
: Menyimpan phthalic anhydride flake selama 12 jam dengan kapasitas 10096,45 kg/jam
Jumlah alat
: 2 unit
Bahan
: Carbon Steel SA- 283 Grade C
Volume bin
: 47,61 m2
Dimensi
:
Diameter
: 3,20 m
Tinggi bagian atas
: 3,20 m
Tinggi bagian bawah : 4,81 m
Diameter opening
Harga
: 1,06 m
: $ 17.900
37
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun VII.14. Vaporizer
Kode
: V-01
Fungsi
: Menguapkan campuran O-xylene dan M-xylene dengan
kapasitas 12192,31 kg/jam Tipe
: Kettle reboiler, 2-4
Jumlah
: 1 buah
Jenis pemanas
: Oil mobiltherm
Kondisi operasi
:
Suhu pemanas masuk : 30oC Suhu pemanas keluar : 228,1oC Tekanan boiler
: 6,7 atm
Massa pemanas
: 2608,06 lb/hr lb/jam
Spesifikasi alat
:
Tube
: OD 1 in, 13 BWG, 1,25 in triangular pitch, panjang 16 ft,
Shell
: jumlah pass = 1, ID = 32,4 in
Ud
: 57,24 Btu/j ft2 F
A
: 463,56 ft2
ΔP
: 3,209 psi (pada tube)
Harga
: $ 19.594
VII.15. Reboiler 1
Kode
: RB-01
Fungsi
: Menguapkan sebagian hasil bawah MD-01 sehingga
diperoleh produk bawah sebanyak 10358,03 kg/jam Tipe
: Kettle reboiler, 1-2
Jumlah
: 1 buah
Jenis pemanas
: Dowtherm-A
Kondisi operasi
:
Suhu pemanas masuk : 382,7oC Suhu pemanas keluar : 368,4oC Suhu operasi boiler
: 351,79oC
Tekanan boiler
: 3,6 atm
38
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Massa pemanas
: 4160,25 lb/jam
Spesifikasi alat : Tube
: OD 1,5 in, 14 BWG, 1 7/8 in triangular pitch, panjang 16 ft,
Shell
: jumlah pass = 1, ID = 27 in
Ud
: 3,8133 Btu/j ft2 F
A
: 617,69 ft2
ΔP
: 0,9516 psi
Harga
: $ 100.500
VII.16. Reboiler 2
Kode
: RB-02
Fungsi
: Menguapkan sebagian hasil bawah MD-02 sehingga
diperoleh produk bawah sebanyak 261,57 kg/jam Tipe
: Kettle reboiler, 1-2
Jumlah
: 1 buah
Jenis pemanas
: Dowtherm-A
Kondisi operasi
:
Suhu pemanas masuk : 368,4oC Suhu pemanas keluar : 368oC Suhu operasi boiler
: 346,6oC
Tekanan boiler
: 3,6 atm
Massa pemanas
: 4160,25 lb/jam
Spesifikasi alat : Tube
: OD 1 in, 14 BWG, 1,25 in triangular pitch, panjang 12 ft
Shell
: jumlah pass = 1, ID = 15,25 in
Ud
: 2 Btu/j ft2 F
A
: 285,88 ft2
ΔP
: 0,000775 psi
Harga
: $ 40.000
VII.17. Condenser 1
Kode
: CD-01
39
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Fungsi
: Mengembunkan uap hasil atas MD-01 dengan kapasitas
10358,03 kg/jam Tipe
: Shell and tube , 1-4
Jumlah
: 1 buah
Jenis pendingin
: cooling water
Kondisi operasi
:
Suhu pendingin masuk
: 86oF
Suhu pendingin keluar
: 120oF
Suhu operasi condenser
: 138,98oF
Tekanan condenser
: 3,4 atm
Massa pendingin
: 263981,9651 lb/jam
Spesifikasi alat
:
Tube
: OD 3/4 in, 16 BWG, 1 in triangular pitch, panjang 14 ft, 4 pass
Shell
: jumlah pass = 1, ID = 23,25 in
Ud
: 127,3114 Btu/j ft2 F
A
: 486,7061 ft2
ΔP
: 10,9922 psi
Jumlah tube
: 352 tube
Harga
: $ 106.300
VII.18. Condenser 2
Kode
: CD-02
Fungsi
: Mengembunkan uap hasil atas MD-02 dengan kapasitas
17412,76 kg/jam Tipe
: Shell and tube , 1-4
Jumlah
: 1 buah
Jenis pendingin
: Cooling water
Kondisi operasi
:
Suhu pendingin masuk
: 86oF
Suhu pendingin keluar
: 120oF
Suhu operasi condenser
: 293,82oF
Tekanan boiler
: 1,2 atm
40
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Massa pemanas
: 189368,7111 lb/jam
Spesifikasi alat
:
Tube
: OD 3/4 in, 16 BWG, 1 in triangular pitch, panjang 14 ft, 4 pass
Shell
: jumlah pass = 1, ID = 19,25 in
Ud
: 127,3114 Btu/j ft2 F
A
: 306,3808 ft2
ΔP
: 12,8912 psi
Harga
: $ 79.500
VII.19. Cooler
Kode
: HE-01
Fungsi
: Mendinginkan fluida keluar MD-02 dari 264,5oC menjadi suhu 131oC dengan kapasitas 10096,45 kg/jam
Tipe
: Double Pipe Heat Exchanger
Bahan
: Stainless Steel 316
Tekanan Operasi
: 1,2 atm
Annulus
:
Fluida di annulus
: Hasil atas MD-02
Suhu masuk di annulus : 508,1791 oF Suhu keluar di annulus : 267,8000 oF Layout
: IPS = 3 in, SchN 40, OD = 3,5 in, ID = 3,068 in
Flowrate
: 10096,45 lb/jam
Inner Pipe
:
Fluida di inner pipe
: Cooling water
Suhu masuk di inner pipe : 120 oF Suhu keluar di inner pipe : 150 oF Layout
: IPS = 2 in, SchN 40, OD = 2,38 in, ID = 2,067 in
Flowrate
: 76600,32 lb/jam
Luas transfer panas
: 139,3145 ft2
Panjang total
: 79,56 ft
Panjang tiap pipa
: 20 ft
41
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Jumlah pipa
: 4 pipa (2 hairpin)
Harga
: $ 34.700
VII.20. Kompresor Udara
Kode
: C-01
Fungsi
: Menaikkan tekanan udara sebanyak 155876,05 kg/jam dari tekanan 1 atm menjadi 6,7 atm.
Tipe
: Kompresor Piston
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Stainless Steel 304
Kondisi operasi
:
Suction
:
Tekanan
: 1 atm
Suhu
: 30oC
Discharge
:
Tekanan
: 6,7 atm
Suhu
: 68,8oC
Beban kompresor
: 3,67 kW
Daya motor
: 7,5 hp
Jenis motor
: Motor induksi 220 V, 3 fase
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
Harga
: $ 54.600
VII.21. Pompa 1
Kode
: P-02
Fungsi
: Memompa bahan baku (campuran o-xylene dan mxylene) ke vaporizer (V-01) sebanyak 9753,85 kg/jam.
Tipe
: Reciprocating Pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Stainless Steel 304
Power pompa
: 5 hp
42
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Kondisi operasi
:
Suction
Tekanan
: 1 atm
Suhu
: 30oC
Discharge
Tekanan
: 6,7 atm
Suhu
: 30oC
Kapasitas
: 11,07 m3/h
Head Pompa
: 62,06 meter
Spesific speed
: 400 rpm
Jenis motor
: induksi
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
Harga
: $ 57.077
VII.22. Pompa 2
Kode
: P-03
Fungsi
: Memompa keluaran AC-01 ke dalam Aging Tank (AT01) dengan kapasitas 17150,9 kg/jam
Tipe
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Stainless Steel 304
Power pompa
: 1,5 hp
Kondisi operasi
:
Suction
Tekanan
: 1 atm
Suhu
: 130oC
Discharge
Tekanan
: 3,5 atm
Suhu
: 130oC
Kapasitas
: 17,23 m3/h
Head Pompa
: 18,22 m
43
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Spesific speed
: 1800 rpm
Jenis motor
: induksi
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
Harga
: $ 64.744
VII.23. Pompa 3
Kode
: P-04
Fungsi
: Memompa bahan keluaran AT-01 kedalam MD-01 dengan
kapasitas 17150,9 kg/jam Tipe
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Stainless Steel 304
Power pompa
: 1,5 hp
Kondisi operasi
:
Suction
Tekanan
: 1,5 atm
Suhu
: 105oC
Discharge
Tekanan
: 3,4 atm
Suhu
: 105oC
Kapasitas
: 7,35 m3/h
Head Pompa
: 22,26 m
Spesific speed
: 1700 rpm
Jenis motor
: induksi
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
Harga
: $ 2.079
VII.24. Pompa 4
Kode
: P-05
44
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Fungsi
: Memompa refluks MD-01 dengan kapasitas 432,03 kg/jam
Tipe
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Stainless Steel 304
Power pompa
: 0,25 hp
Kondisi operasi
:
Suction
Tekanan
: 2,5 atm
Suhu
: 166,09oC
Discharge
Tekanan
: 3,4 atm
Suhu
: 166,09oC
Kapasitas
: 0,43 m3/h
Head Pompa
: 11,93 m
Spesific speed
: 300 rpm
Jenis motor
: induksi
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
Harga
: $ 2079
VII.25. Pompa 5
Kode
: P-06
Fungsi
: Memompa refluks MD-02 dengan kapasitas 7316,31 kg/jam
Tipe
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Stainless Steel 304
Power pompa
: 0,75 hp
Kondisi operasi
:
Suction
Tekanan
: 1 atm
45
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Suhu
: 293,81oC
Discharge
Tekanan
: 1,2 atm
Suhu
: 293,81oC
Kapasitas
: 7,35 m3/h
Head Pompa
: 4,68 m
Spesific speed
: 1100 rpm
Jenis motor
: induksi
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
Harga
: $ 2079
VII.26. Pompa 6
Kode
: P-07
Fungsi
: memompa bahan dari Heat Exchanger (HE-0) ke Flaker (FL-01) dengan kapasitas 10358 kg/jam.
Tipe
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Stainless Steel 304
Power pompa
: 1 hp
Kondisi operasi
:
Suction
Tekanan
Suhu
: 1 atm
: 131oC
Discharge
Tekanan
Suhu
Kapasitas
: 8,57 m3/h
Head Pompa
: 26,14 m
Spesific speed
: 1400 rpm
Jenis motor
: induksi
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
Harga
: $2726
: 1,3 atm
: 131oC
46
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB VIII UTILITAS
Utilitas berfungsi untuk menyediakan bahan-bahan yang dibutuhkan untuk mendukung kelancaran pada sistem produksi di seluruh pabrik. Unit-unit yang ada di utilitas pabrik phthalic anhydride ini terdiri dari : 1. Unit penyediaan dan pengolahan air (Water System) 2. Unit penyediaan pendingin 3. Unit pembangkit dan pendistribusian listrik 4. Unit penyedia udara tekan 5. Unit pengolahan limbah
VIII.1 UNIT PENYEDIAAN DAN PENGOLAHAN AIR VIII.1.1. Penentuan Sumber Air
Prarancangan pabrik phthalic anhydride ini direncanakan akan menggunakan air sungai sebagai sumber air pendingin. Air sungai untuk proses pendinginan memerlukan make-up water untuk mengganti kehilangan air akibat penguapan yang terjadi dalam di cooling tower dan yang hilang selama proses berlangsung. Pemilihan jenis air industri didasarkan pada lokasi pabrik, kondisi lingkungan dan musim. Penggunaan air laut tentunya memerlukan biaya yang lebih mahal untuk membangun instalasi utilitas pengolahan air. Jika air sungai digunakan sebagai sumber air untuk industri, maka hal yang terpenting untuk diperhatikan adalah kondisi sungai pada berbagai musim. Pada saat musim hujan, kenaikan suspended solid pada air sungai cukup ekstrim sehingga harus dilakukan antisipasi pada proses sedimentasi. Selain itu, jika suspended solid dalam air tinggi maka kinerja unit pengolahan limbah di pabrik akan semakin berat. Sedangkan pada musim kemarau ada kemungkinan terjadi penyusutan debit air sungai, sehingga menyebabkan kurangnya pasokan air untuk kebutuhan proses. Pabrik akan didirikan di Puloampel, Cilegon, Banten. Sungai yang diandalkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat dan industri di Cilegon adalah sungai Cidanau.
47
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Sungai ini mempunyai debit 1300 - 2000 liter per detik, sehingga memenuhi perkiraan kebutuhan air pabrik. Namun pada beberapa tahun terakhir, Sungai Cidanau mengalami penyusutan debit air, sehingga usaha-usaha pengelolaan air mulai dilakukan. Adanya penyusutan debit ini tentu dapat berarti bahwa dalam beberapa tahun kedepan, jumlah air sungai akan semakin sedikit, terutama pada musim kemarau. Untuk mengantisipasi kekeringan yang melanda sungai Cidanau, PT. Krakatau Tirta Industri membangun Waduk Nadra (Waduk Krakatau Tirta Industri) sebagai cadangan air baku, dengan luas waduk ± 1 km2. waduk Nadra memiliki kapasitas penyimpanan efektif sebesar 3 juta m3, waduk juga dilengkapi dengan 5 buah pompa sentrifugal dengan kapasitas masing-masing sebesar 1850 m3/jam. Atas dasar tersebut, dirasa pasokan air untuk keperluan pabrik phthalic anhydride ini aman. PT. Krakatau Tirta Industri dan PT. Peteka Karya Tirta juga sudah dipercaya oleh beberapa industri di daerah Cilegon sebagai penyedia air baku untuk industri seperti PT. Chandra Asri Petrochemical, PT. Krakatau S teel, PT. Asahimas Chemical, PT. Bayer Material Science, PT. Dong Jin Indonesia, dll. Selain industri, PDAM kota Cilegon juga sudah bekerja sama dengan PT. Krakatau Tirta Industri untuk penyedian air bersih untuk beberapa kawasan perumahan di daerah Cilegon. Sehingga sudah terpercaya dalam penyediaan air baku untuk industri.
VIII.1.2. KEBUTUHAN AIR
Kebutuhan Air pada Unit Penyediaan dan Pengolahan Air meliputi:
48
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Daftar VIII.1. Kebutuhan Air pada Proses Produksi No
Jenis Kebutuhan
1.
Air untuk sanitas dan Keperluan umum (200 orang)
2.
3.
Jumlah, kg/jam
a. Perkantoran dan perumahan (155 L/orang/hari)
1291,6667
b. MCK (100 L/orang/hari)
833,3333
Total
2125,0000
Over Design
25337,5000
Air untuk Pemadam Kebakaran
116,8750
Over Design
128,5630
Air untuk Pendingin a. Flaker (FL-01)
7534,2857
b. Cooler (C-01)
30657,9521
c. Condenser 1 (CD-01)
119741,4339
d. Condenser 2 (CD-02)
85897,0839
e. HE mobiloiltherm (HEU-02)
511237,9843
f. HE dowtherm (HEU-04)
61002,0002
Total
5.
Make up (4%)
32642,8296
Jumlah kebutuhan total
818536,8023
Air yang telah digunakan sebagai air pendingin dapat di-recycle guna menghemat air. Untuk air pendingin, jumlah air make up sebesar 4%, yaitu 32642,8296 kg/jam.
49
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun VIII.1.3 UNIT PENGOLAHAN AIR
Pengolahan air didefinisikan sebagai suatu proses peningkatan kualitas sampai keadaan yang diinginkan. Air banyak digunakan dalam pabrik seperti pada keperluan umum kantor, dan sistem air pendingin. Pengolahan air sungai untuk menjadi air keperluan umum dan air pendingin terdiri dari beberapa tahap, diantaranya : 1. SEDIMENTASI
Proses sedimentasi dilakukan dengan cara melewatkan air ke dalam sebuah bak dengan memanfaatkan gaya gravitasi. Bertujuan untuk mengendapkan lumpurlumpur yang berasal dari sungai atau waduk. Kecepatan pengendapan pada tahap ini bergantung pada berat jenis, bentuk dan ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran dalam pengendap. 2. KLARIFIKASI
Proses ini mencakup penghilangan padatan terlarut (total dissolved solid ), partikel kecil (total suspended solid ) dan partikel-partikel koloid lainnya. Proses mengelami 3 tahapan, yaitu koagulasi, flokulasi, dan pengendapan. Koagulasi merupakan proses penetralan dalam air sehingga padatan bisa diendapkan. Proses dilakukan dengan menambahkan koagulan (bahan kimia penetral muatan) dan dilakukan pengadukan dengan cepat. Koagulan akan tercampur dengan air tawar dengan menggunakan agitator. Hasil dari penambahan koagulan adalah terbentuknya flok yang akan dilanjutkan dengan tahap flokulasi. Flokulasi adalah proses dimana partikel-partikel dikombinasikan menjadi gumpalan dengan ditambahkannya bahan kimia pengendap agar dapat dipisahkan melalui sedimentasi atau filtrasi dan dilakukan pengadukan secara lambat. Tujuan utama flokulasi ini adalah untuk mengubah partikel kecil yang tidak stabil menjadi partikel yang lebih besar dan mudah mengendap. Koagulan yang paling umum digunakan adalah garam organik seperti alumuniu m sulfat (tawas) atau feri sulfat. 3. FILTRASI
Proses ini bertujuan untuk menyaring suspended matter pada air, men gadsorbsi gas klorin atau oksidan lain. Prinsip kerja alat ini ialah melewatkan air pada suatu lapisan berpori-pori sebagai media penyaring.
50
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Alat yang diapakai ialah Sand Filter yang berisikan filter berupa pasir silica, carbon active dan antrasit. Pasir silica bertugas menyaring suspended matter , carbon aktif bertugas mengadsorbi gas klorin atau oksidan lain yang dapat membahayakan resin kation dan resin anion. Karbon juga dapat digun akan untuk menghilangkan rasa, bau, dan pengotor lainnya. Carbon filter akan mengalami kejenuhan seiring semakin banyaknya zat yang diadsorb pada permukaanya. Untuk mengembalikan kemampuan adsorbsi karbon dilakukan dengan mengalirkan air dengan arah yang berkebalikan (backwash). 4. COOLING TOWER
Air dari bak distribusi dipompa menuju alat-alat yang membutuhkan pendinginan. Air pendingin yang digunakan untuk mendinginkan alat-alat proses disirkulasi kembali sehingga dapat digunakan kembali untuk mendinginkan alat-alat proses, sehingga make up water yang diperlukan tidak terlalu banyak. Air pendingin dari proses dipompa menuju cooling tower. Fungsi utama cooling tower adalah mendinginkan kembali air pendingin yang digunakan pada alat – alat proses menjadi 30oC sebelum disirkulasikan kembali menuju proses. Cooling tower merupakan alat yang penting dalam industri kimia. Alat ini berfungsi sebagai pendingin cooling water yang telah dipakai untuk proses pendinginan dalam proses. Air keluaran cooling tower akan digunakan kembali sebagai pendingin, tetapi karena adanya perbedaan konsentrasi antara cairan dan udara, maka ada sebagian air yang hilang terbawa keluar oleh udara, maka dari itu proses membutuhkan air make-up agar air pendingin proses selalu tetap jumlahnya. Dasar operasi cooling tower adalah air pendingin yang bersuhu tinggi di semprotkan dari bagian atas cooling tower dan dikontakkan dengan udara kering yang masuk melalui bagian samping cooling tower . Proses tersebut mengakibatkan suhu air pendingin turun, sehingga dapat disirkulasikan kembali menuju alat-alat proses. Di dalam cooling tower, suhu air pendingin mengalami penurunan suhu. Suhu air pendingin tersebut dapat turun akibat dari 2 hal, yaitu:
Naiknya suhu udara yang masuk melalui bagian samping cooling tower. Udara yang berkontak dengan air yang bersuhu tinggi, akan mengalami kenaikan seiring 51
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun dengan penurunan suhu air. Akan tetapi panas sensibel yang dilepaskan tidak telalu memberikan dampak besar dalam penurunan suhu air.
Proses perpindahan massa dari badan cairan menuju badan udara, melalui proses penguapan. Proses penguapan ini membutuhkan panas, panas yang diperlukan diambil dari badan cairan sendiri, sehingga badan cairan kehilangan panas sebesar panas penguapan, hal ini mengakibatkan suhu badan cairan turun. Panas laten dari proses penguapan cukup besar, sehingga suhu air akan turun.
Proses pendinginan di dalam menara berlangsung secara adiabatik. Transfer massa yang terjadi di dalam cooling tower berlangsung dari arah cairan menuju udara, melewati bidang interface. Akibat dari adanya perbedaan konsentrasi air dalam cairan dengan udara, maka transfer massa dapat berlangsung, transfer massa ini berlangsung dalam bentuk penguapan. Jenis cooling tower sendiri terbagi menjadi 2 berdasarkan prinsip kerjanya, ada cooling tower yang bekerja secara konveksi alamiah dan ada juga yang bekerja berdasarkan konveksi paksaan. Cooling tower yang dipilih adalah yang bekerja dengan konveksi paksaan, sehingga optimasi dari laju udara keluar dan suhu cairan keluar dapat dikontrol. Usaha
yang
dilakukan
untuk
menciptakan
kondisi
konveksi
paksa,
kita
membutuhkan fan yang dipasang dibagian atas cooling tower. Perancangan cooling tower adalah menentukan tinggi menara agar dapat menurunkan suhu air sehingga mencapai suhu yang diinginkan. Data yang diperlukan adalah kondisi udara masuk, sehingga dapat diketahui jumlah air yang hilang selama pendinginan. Jika kita mengetahui jumlah air yang hilang, maka kita akan mengetahui jumlah make up water yang diperlukan agar jumlah air pendingin selalu tetap.
VIII.1.4. DESKRIPSI PROSES
Air dari Waduk Krakatau Tirta dan Sungai Cidanau di screening dan dipompa menuju kolam ekualisasi. Tujuannya adalah agar umpan masuk unit sedimentasi tidak fluktuatif. Selanjutnya dari kolam ekualisasi dialirkan dengan PU-01 menuju Bak Sedimentasi Awal (BU-01) untuk pengendapan lumpur dan kotoran.
52
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Dari bak sedimentasi di pompa dengan PU-02 menuju Pre-mix Tank (TU-01) untuk mengendapkan padatan terlarut dengan penambahan tawas dan CaOH, dan selanjutnya dipompa dengan PU-03 menuju Clarifier (CLU-01) untuk pengendapan flok-flok yang terbentuk dari Pre-mix Tank. Setelah itu, dari Clarifier dipompa dengan PU-04 menuju Bak Penampung Sementara (BU-02), lalu dipompa menuju Sand Filter (FU-01) menggunakan pompa PU-05. Di dalam Sand Filter, air di saring suspended matter-nya, gas klorin atau oksidan lainnya dihilangkan dengan isian filter berupa pasir silika, karbon aktif, dan antrasit. Setelah itu dipompa dengan PU-06 menuju Filtered Water Tank sebelum didistribusikan ke Cold Basin, Kation Exchanger, dan Bak Klorinasi. Untuk menuju Bak Klorinasi, air dari Filtered Water Tank dipompa dengan PU07. Pada Bak Klorinasi ditambahkan Ca(OCL)2 yang berfungsi sebagai disinfektan pada air. Setelah itu, Air di pompa dengan PU-08 menuju tangki penyimpanan air (Menara Air) sebelum dialirkan untuk kebutuhan rumah tangga dan perkantoran. Dari Filtered Water Tank, air juga dipompa menuju Cold Basin dengan PU-10. Dari Cold Basin air digunakan untuk proses pendinginan. Setelah digunakan untuk proses air ditampung di Hot Basin untuk selanjutnya dipompa menuju Cooling Tower dengan PU-11. Di Cooling Tower, air yang sudah dipakai untuk proses pendinginan diturunkan suhunya, ditampung pada Cold Water Basin. Lalu air pendingin dialirkan menuju flaker ( FL-01), cooler (C-01), Condenser 1 dan 2 (CD-01 dan CD-02), HE mobiloiltherm (HEU-02), dan HEU dowtherm (HEU-04) menggunakan Pompa PU-12 sampai PU-17 berurutan.
53
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun VIII.1.5 ALAT-ALAT PENGOLAHAN AIR 1.
BAK SEDIMENTASI (BU-01) Tugas Mengendapkan kotoran dan lumpur yang terbawa air sungai
Jenis
Bak persegi yang diperkuat beton bertulang.
Kondisi operasi
T = 30 oC, P = 1 atm.
Spesifi kasi : Turbidity
=
850 ppm (gambar 2.1 Powell, 1954)
Air yang diolah (W)
=
36864,3367 kg/jam
Suspended solid (Ws)
=
Turbidity / 106 x W
=
31,3347 kg/jam
Densitas ( )
=
1000 kg/m3
Over design
=
20 %
Kapasitas (Q)
= =
1,2 x (W+Ws) /
44,2748 m3/jam
Waktu Tinggal air dalam bak agar diperoleh % Removal Turbidity yang optimum sekitar 4 24 jam (Powell S.T., hal 14), sehingga : Diambil Waktu tinggal (t) Volume Bak
=
Qxt
=
531,2977 m3
=
12 jam
Dimensi Bak dirancang sebagai berikut : Panjang (P)
=
4 x tinggi
Lebar (L)
=
4 x tinggi
54
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Maka : V =
PxLxT
V =
4T x 4T x T
T =
(V / 16)1/3
T =
3,2142 m
Sehingga : Panjang (P)
=
12,8568 m
Lebar (L)
= 12,8568 m
Untuk waktu 12 jam, suspended solid yang terendapkan sekitar 48% dari Initial Turbidity (Fig.4 Powell, hal 14) Sehingga Turbidity Raw setelah diendapkan
= 850 ppm x 0,48 = 408 ppm
2. PRE-MIX TANK
Tugas
Mencampur Tawas 5% dan CaOH 5%
Jenis
Tangki silinder berpengaduk
Kondisi
T = 30 oC, P = 1 atm.
operasi
1 buah
Jumlah
Spesifi kasi : Jumlah air yang diolah (W) =
36864,3367 kg/jam
Suspended solid (Ws)
Turbidity / 106 x W
= Massa jenis air (ρ)
=
15,0406 kg/jam =
1000 kg/m3
55
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Viskositas (µ)
= 1 cP
Kapasitas (Q)
= (W+Ws) / ρ =
36,8794 m3/jam = 9743,6053 gal/jam
Kebutuhan tawas 5%
Turbidity Raw Water
=
408 ppm.
Dosis Alum
=
2,8 grain alum / gal water
Jumlah Tawas (Wt)
=
2,8 x Q x (1 lb/7000 grain) x (1 kg/2,2046 lb)
=
1,7679 kg/jam.
Jumlah Pelarut Tawas (Wp) = = Jumlah Larutan Tawas (Wtp) =
(Fig.1 Powell, hal 27)
(100/5) x Wt 35,3570 kg/jam. =
Wt + Wp
37,1249 kg/jam.
Kebutuhan Ca(OH) 2 5%
Jumlah Ca(OH)2 (Wc)
= Wt =
Jumlah Pelarut Ca(OH)2 (Wp) = = Jumlah Larutan Ca(OH)2 (Wcp) = = Total Laju Alir Massa (Wtot)
Debit Total (Q)
1,7679 kg/jam.
(100/5) x Wc 35,3570 kg/jam. Wc + Wp 37,1249 kg/jam. = W + Ws + Wtp + Wcp
=
36953,6271 kg/jam.
=
36,9536 m3/jam. 56
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Dimensi
Waktu tinggal (t)
=
5 menit
Over Design
= 20%
Volume Bak (V)
= 1, 2 x Qtot x t = 3,6954 m3
Diameter Tangki (D)
=
(4V / )1/3
= 1,6760 m Tinggi Tangki (H)
= 1,6760 m
Perancangan Pengaduk
Jenis
= Marine Propeller dengan 4 Baffle dalam Tangki.
Diameter Pengaduk (Da) Lebar Pengaduk (W)
=
0,3 D
= 1/5 Da
= =
0,5028 m
0,1006 m
Panjang Pengaduk (L)
=
1/4 Da
= 0,1257 m
Pengaduk Tangki (C)
=
1/3 D
=
Lebar Baffle (J)
0,5587 m
= 1/12 D = 0,1397 m (Tabel Geankoplis, hal.155)
Putaran Pengaduk (N)
=
420 rpm (Fig. 10.57, Coulson & Richardson, hal.372)
Power Pengaduk
57
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 2
=
Da x N x /
=
1769560,8170
Power Number (Np)
=
0,3
Power Pengaduk (P)
=
Np x N x x Da
=
67,4742 W
=
0,0905 Hp
Efisiensi Motor
=
92 %
Power Motor (Pm)
=
0,0984 Hp
Bilangan Reynolds (Re)
(Fig.3-4-4, Geankoplis, hal.155) 3
5
Power Motor
(Fig.4-2, Ulrich, hal.87)
Sehingga digunakan Daya Motor Standard sebesar 0,25 Hp. 3. CLARIFIER
Tugas
Mengendapkan
flocs
yang
terbentuk
pada
pencampuran air dengan tawas dan CaOH Jenis
Circular Clarifier
Kondisi
T = 30 oC, P = 1 atm.
operasi
1 buah
Jumlah
58
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Spesifi kasi : Debit (Q)
= 36,8794 m3/jam.
Densitas (ρ)
= 1000 kg/m3
Viskositas (µ)
=
1 cP
Dari buku Powell hal 47, waktu tinggal dalam clarifier yaitu berkisar 2 - 8 jam Diambil waktu tinggal (t)
=
4 jam
Over Design
= 20%.
Volume Bak
= 1,2 x Qtot x t = 177,0210 m3.
Dimensi
Kecepatan Penjernihan Air dalam Clarifier yaitu berkisar antara 1 - 1,3 m3/jam.m2 (Tabel 198, Perry., hal 19-64). Diambil kecepatan penjernihan air = 1 m3/jam.m2 Kecepatan maksimum air
=
1 ft/menit
= 18,2880 m/jam. Untuk Circular Clarifier tersedia ukuran diameter berkisar 3-130 m (Perry, hal 1 9) Perancangan
Jenis
= Marine Propeller dengan 4 Baffle dalam Tangki.
Kecepatan air (u)
=
2,0000 m/jam.
Diameter Clarifier (D)
=
(4,8 Q / u )0,5
Diameter Pengaduk (Da)
=
0,4 D
=
=
5,3092 m
2,1237 m 59
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Lebar Pengaduk (W)
= 0,2 Da
=
0,4247 m
Panjang Pengaduk (L)
=
1/4 Da
= 0,5309 m.
Pengaduk Tangki (C)
=
1/3 D
=
Putaran Pengaduk (N)
=
0,05 rpm.
1,7697 m.
(Fig. 10.57, Coulson & Richardson, hal.372) Power Pengaduk 2
=
Da x N x /
=
3758,4079
Power Number (Np)
=
0,4
Power Pengaduk (P)
=
Np x N x x Da
=
14,3993 W
=
0,0193 Hp
Efisiensi Motor
=
92 %
Power Motor
=
0,0210 Hp
Bilangan Reynolds (Re)
(Fig.3-4-4, Geankoplis, hal.155) 3
5
Power Motor
(Fig.4-2, Ulrich, hal.87)
Sehingga digunakan Daya Motor Standard sebesar 0,25 Hp.
4. BAK PENAMPUNG SEMENTARA
Tugas Jenis
Menyaring sementara hasil dari Clarifier : Bak Persegi yang diperkuat Beton Bertulang
60
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun T = 30 oC, P = 1 atm.
Kondisi operasi
1 buah
Jumlah
Jumlah Air yang harus ditampung = 36864,3367 kg/jam Massa jenis air
= 1000 kg/m3
Over design
= 20 %
Kapasitas
= 44,2372 m3/jam
Waktu Tinggal
= 1 jam
Volume Bak
= 44,2372 m3
Dimensi Bak Tinggi
= 1,4035 m
Panjang
= 5,6141 m
Lebar
= 5,6141 m
5. SAND FILTER
Tugas
Menyaring sisa-sisa kotoran yang masih terdapat dalam air terutama kotoran-kotoran yang berukuran kecil yang tidak dapat mengendap di Clarifier
Jenis
Kolom dengan saringan dari pasir, carbon aktif dan antrasit T = 30 oC, P = 1 atm.
Kondisi operasi
2 buah
Jumlah
Spesifi kasi : Jumlah air
=
36864,3367 kg/jam 61
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 1000 kg/m3
Densitas ( )
=
Over Design =
20 %
Kapasitas (Q)
=
=
1, 2
x (W
) /
Ws
44,2372 m3/jam
Filter di regenerasi (backwashing) setiap 24 jam sekali, dimana jika ada 1 buah kolom yang di regenerasi, maka kolom yang satu lagi yang dipakai, sehingga : Kecepatan filtrasi umum
=
Kecepatan filtrasi maksimum Tinggi tumpukan saringan
2 gal/men.ft2. =
=
Waktu tinggal air dalam Filter =
(Powell ST, hal 77).
3 gal/men.ft2
(Powell ST, hal 77).
18 – 30 in. 20 – 60 menit
(Powell ST, hal 59).
Perancangan
2 gal/men.ft2
Kecepatan filtrasi (uf)
=
Tinggi tumpukan saringan (hb) =
25 in
Waktu tinggal (t)
=
0,5 jam.
=
Q / uf
=
3,3951 m.
=
30 menit
Luas Tampang kolom (A) Diameter (D)
=
4 A /
0,5
=
Tinggi tumpukan total (ht)
=
uf x t =
Jumlah Tumpukan
=
3,8496 buah
Jumlah Tumpukan yang dipakai =
=
4,8889 m3/men.m2
0,6350 m
=
9,0484 m2.
2,4445 m.
4 buah.
62
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 6. FILTERED WATER TANK
Tugas
Menampung sementara raw water setelah disaring
Jenis
Tangki Silinder Tegak
Kondisi
T = 30 oC, P = 1 atm.
operasi
1 buah
Jumlah
Spesifi kasi : Jumlah air
=
36864,3367 kg/jam 1000 kg/m3
Densitas ( )
=
Over Design =
20 %
Kapasitas (Q)
=
=
1, 2
) /
Ws
44,2372 m3/jam
Waktu tinggal (t) =
1 jam
Volume Tangki (V) = =
x (W
Qxt
44,2372 m3
Dimensi Tangki dirancang sebagai berikut : Tinggi (H)
=
1, 5 x D
Maka :
( D2 )
V =
( / 4)
V =
1,5 x ( / 4)
x
x
x
( H )
( D3) 63
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun D =
(4
1/3
V /1,5 )
Sehingga : Diameter (D) =
3,3492 m
Tinggi (H)
5,0238 m
=
7. TANGKI KLORINASI
Tugas
Mencampur Klorin dalam bentuk kaporit ke dalam air untuk kebutuhan air minum dan air rumah tangga
Jenis
Tangki silinder berpengaduk
Kondisi
T = 30 oC, P = 1 atm.
operasi
1 buah
Jumlah
Spesifi kasi : Jumlah air yang diolah (W) =
25337,5000 kg/jam
Massa jenis air (ρ)
1000 kg/m3
=
Viskositas (µ)
= 1 cP
Kapasitas (Q)
= 1,2 x W / ρ =
2,8050 m3/jam
Waktu tinggal (t)
=
15 menit
Volume tangki (V)
=
0,7013 m3
Tinggi tangki (H)
=
1,5 D 64
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Maka : 2
x H / 4
x D x
2
1, 5
(4 V / 1, 5
)
V =
V = D =
x D
D/4
1/3
Sehingga diperoleh : Diameter (D) =
1,8620 m
Tinggi (H)
2,7930 m
=
Kebutuhan kaporit
Digunakan kaporit kadar Klor aktif
=
75%.
Air di tambahkan ke kaporit sampai kadar =
7,5000 ppm.
Kebutuhan kaporit (Wk)
0,19 kg/jam.
=
Perancangan Pengaduk
Jenis
= Marine Propeller dengan 4 Baffle dalam Tangki.
Diameter Pengaduk (Da) Lebar Pengaduk (W)
=
0,4 D
= 0,2 Da
= =
0,7448 m.
0,1490 m.
Panjang Pengaduk (L)
=
0,25 Da
=
0,1862 m.
Pengaduk Tangki (C)
=
1/3 D
=
0,6207 m.
Lebar Baffle (J)
= 1/2 D
=
0,6250 m. (Tabel Geankoplis, hal.144)
65
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Putaran Pengaduk (N)
=
100 rpm. (Fig. 10.57, Coulson & Richardson, hal.372)
Power Pengaduk
Bilangan Reynolds (Re) =
2
Da x N x /
= 924523,8788 Power Number (Np)
= 0,2
(Fig.3-4-4, Geankoplis, hal.155)
Power Pengaduk (P)
= Np x N 3 x x Da5 = 76,3928 W = 0,1024 Hp.
Power Motor
Efisiensi Motor
= 92 %
Power Motor
= 0,1114 Hp
(Fig.4-2, Ulrich, hal.87)
Sehingga digunakan Daya Motor Standard sebesar 0,25 Hp. 8. BAK DISTRIBUSI
Tugas
Menampung sementara air sebelum di distribusikan untuk kebutuhan air minum, MCK, rumah tangga, kantor, dan umum
Jenis
Bak beton persegi yang dilapisi porselen
Kondisi
T = 30 oC, P = 1 atm.
operasi Jumlah
1 buah
66
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Spe Spesifi kasi kasi : Jumlah air (W) =
25337,5 kg/jam
Densitas ( )
=
1000 kg/m3
Over Design =
20 %
Kapasitas (Q)
=
=
1, 2
x (W
) /
Ws
30,4050 m3/jam
Waktu tinggal (t) =
6 jam
Volume Bak = Q x t =
182,4300 m3
Dimensi Bak dirancang sebagai berikut : Panjang (P)
=
4 x tinggi
Lebar (L)
=
4 x
tinggi
Maka : V =
PxLxT
V =
4T x 4T x T
T =
(V / 16 16)1/3
T =
9,0030 m
Sehingga : Panjang (P)
=
4,5015 m
Lebar (L)
= 4,5015 m
67
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 9. BAK HOT BASIN
Tugas
Menampung sementara air pendingin dari proses untuk didinginkan di Cooling Tower
Jenis
Bak beton persegi yang dilapisi porselen
Kondisi
T = 30 oC, P = 1 atm.
operasi
1 buah
Jumlah
Spe Spesifi kasi kasi : Jumlah air (W) =
783427,9102 kg/jam
Densitas ( )
=
1000 kg/m3
Over Design =
20 %
Kapasitas (Q)
=
=
1, 2
x (W
) /
Ws
940,1135 m3/jam
Waktu tinggal (t) =
1 jam
Volume Bak = Q x t =
940,1135 m3
Dimensi Bak dirancang sebagai berikut : Panjang (P)
=
4 x tinggi
Lebar (L)
=
4 x tinggi
68
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Maka : V =
PxLxT
V =
4T x 4T x T
T =
(V / 16)1/3
T =
3,8876 m
Sehingga : Panjang (P)
=
15,5506 m
Lebar (L)
= 15,5506 m
10. COOLING TOWER (CT-01)
Tugas: Mendinginkan kembali air pendingin yang telah dipakai dari proses sebanyak 816070,7402 kg/jam kembali. Alat : Induced draft cooling tower. Jumlah
: 2 buah, masing-masing mendinginkan 408035,3704 kg/jam air.
Air pendingin yang telah digunakan selama proses memiliki suhu 122 oF dan akan didinginkan kembali menjadi suhu 86 oF. Udara yang digunakan sebagai pendingin memiliki karakteristik : Suhu wet bulb
= 70 oF
Suhu dry bulb
= 86 oF
Relative Humidity (RH) Suhu masuk
= 75 %
= 30 oC
Densitas air pendingin diambil 1000 kg/m3. Debit air pendingin, Q L, pada cooling tower dapat dihitung :
69
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun L
= 408035,3704 kg/jam
Q L
= 408,0354 m3/jam
Kecepatan air berkisar 0,7 – 3,5 kg/m2.detik. Diambil kecepatan air 2,5 kg/m2/s, sehingga luas penampang cooling tower (A) dapat dihitung sebagai berikut: A
= 408035,3704 kg/jam / 3600 / 2,5 kg/m2.s = 43,5238 m2
Cooling tower yang digunakan berbentuk persegi, sehingga : D = (A)0,5 = 6,60 m Kecepatan aliran udara berkisar antara 1,6 – 2,8 kg udara kering/m2.s Diambil kecepatan aliran udara kering Nilai L/G yang digunakan
= 1,80 kg udara kering/m2.s
= 1,3889 (antara 0,75 – 1,5)
Sehingga kebutuhan udara kering
= 6,8550 kg/detik
Gambar VIII.1. Persamaan Perancangan Cooling Tower
70
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Udara pendingin dengan suhu masuk 30 oC dan RH 75 %, memiliki kandungan uap air 0,0155 kg uap air/kg udara kering. Dengan menggunakan persamaan (1) didapat : H1 = 69811,71 kJ/kg udara kering Neraca Panas : L . CpL . ( Thot water – Tcold water ) = G . ( H 2 – H1 ) dengan menggunakan persamaan (2) didapat : H2 = 186117,2656 kJ/kg udara kering Dari H1, H2, Thot water dan Tcold water dapat dibuat garis operasi dengan data perhitungan sebagai berikut. Daftar VIII.2. Kurva Garis Operasi Kurva Garis operasi
W (humid
H
chart)
(pers.3)
30,0
0,0210
69811,71
35,0
0,0260
98888,10
40,0
0,0350
127964,49
45,0
0,0450
157040,88
50,0
0,0875
186117,27
tL
Selanjutnya, dengan menggunakan persamaan (1) dapat dicari Hi dan dapat dibuat kurva kesetimbangan dengan data perhitungan sebagai berikut.
71
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Daftar VIII.3. Kurva Garis Kesetimbangan Kurva Garis kesetimbangan
Wi (humid
Hi
chart)
(pers.1)
20
0,0150
58199,70
25
0,0210
78662,40
30
0,0280
101796,96
35
0,0375
131484,00
40
0,0500
169083,00
45
0,0650
213385,20
50
0,0875
277443,75
55
0,1150
354955,80
tLi
Dari data-data tersebut dapat dibuat grafik sebagai berikut.
72
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 400000
H, kJ/kg 350000 300000 250000 kurva kesetimbangan
200000
garis operasi
150000 100000 50000
tL, oC
0 0
10
20
30
40
50
60
Gambar VIII.2. Kurva Garis Kesetimbangan dan Operasi Menentukan tinggi cooling tower
′ = ∫1 − Integrasi dilakukan menggunakan metode trapezoidal rule. Dari grafik didapat : Daftar VIII.4. Hasil Perhitungan Tinggi Menara Bagian Integrasi tL
H
Hi
Hi-H
30
69811,71
101796,96
31985,25
35
98888,10
131484,00
32595,90
40
127964,49
169083,00
41118,51
45
157040,88
213385,20
56344,32
50
186117,27
277443,75
91326,48
73
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Untuk hasil perhitungan menggunakan Trapezoidal Rule : Daftar VIII.5. Hasil Perhitungan Tinggi Menara (Trapezoidal Rule) tL
30,0000
35,0000
40,0000
45,0000
50,0000
1/(Hi-H) 3,1264E05 3,0679E05 2,4320E05 1,7748E05
integrasi
0,9005
0,7996
0,6116
0,4172
1,0950E05 Hasil Integrasi
Sehingga, Z
= 14,0345 m
Jumlah air
= 408035,3704 kg/jam
2,7289
Suhu air masuk (T1) = 122 °F Suhu air keluar (T2) = 86 °F Suhu dry bulb udara (Tdb) = 86 °F Suhu wet bulb udara (Twb) = 78,8°F (RH = 75 %) T2-Twb
= 4 °C 74
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Tinggi cooling tower
= 14,0345 m
Luas yang dibutuhkan
= 43,5238 m2
Power fan
= 0,040 HP/ft2 (100 % standard)
Power fan
= 18,7394 HP
Dipilih motor induksi standar NEMA 20 HP.
11. BAK COLD BASIN
Tugas
Menampung sementara air pendingin dari Cooling Tower dan Filtered Water Tank untuk dialirkan menuju proses
Jenis
Bak beton persegi yang dilapisi porselen
Kondisi
T = 30 oC, P = 1 atm.
operasi
1 buah
Jumlah
Spesifi kasi : Jumlah air (W) =
783427,9102 kg/jam
Densitas ( )
=
1000 kg/m3
Over Design =
20 %
Kapasitas (Q)
=
=
1, 2
x (W
) /
Ws
940,1135 m3/jam
Waktu tinggal (t) =
1 jam
75
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Volume Bak = Q x t =
940,1135 m3/jam
Dimensi Bak dirancang sebagai berikut : Panjang (P)
=
4 x tinggi
Lebar (L)
=
4 x
tinggi
Maka : V =
PxLxT
V =
4T x 4T x T
T =
(V / 16)1/3
T =
3,8876 m
Sehingga : Panjang (P)
=
15,5506 m
Lebar (L)
= 15,5506 m
VIII.1.6 KEBUTUHAN POMPA UNTUK AIR
Diperoleh spesifikasi pompa untuk kebutuhan air sebagai berikut :
76
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Daftar VIII.6. Data Spesifikasi Pompa Utilitas Air (PUA) Suction
Discharge
Pompa PUA-01
PUA-02
Sungai Cidanau dan
Kolam
Waduk Nadra
Equalisasi
Kolam Ekualisasi
Sedimentation
Debit
Head (-
Power
Jumlah
(m3/jam)
Ws)
(HP)
36,8643
44,3340
8
1
36,8643
2,5406
0,5
1
Tank PUA-03
Sedimentation Tank
Premix Tank
36,8643
2,3932
0,5
1
PUA-04
Premix Tank
Clarifier
36,8643
18,3932
5
1
PUA-05
Clarifier
Bak Penampung
36,8643
1,8932
0,5
1
Sand Filter
36,8643
2,8932
0,5
1
Bak Air Hasil
36,8643
5,8932
1,5
1
2,3375
4,4135
0,25
1
Sementara (1) PUA-06
Bak Penampung Sementara (1)
PUA-07
Sand Filter
Filtrasi PUA-08
Bak Air Hasil Filtrasi
Tangki Klorinasi
PUA-09
Tangki Klorinasi
Bak Distribusi
2,3375
7,0135
0,25
1
PUA-10
Bak Distribusi
Keperluan
2,3375
17,2350
0,5
1
32,6428
3,8925
1
1
Kantor PUA-11
Bak Air Hasil Filtrasi
Cold Water Basin
PUA-12
Hot Water Basin
Cooling Tower
783,4279
6,1538
25
1
PUA-13
Cold Water Basin
Flaker (FL-01)
7,5343
15,8721
0,75
1
PUA-14
Cold Water Basin
Cooler (C-01)
30,6580
4,3600
0,75
1
PUA-15
Cold Water Basin
Condenser 01
119,7414
2,5481
2
1
PUA-16
Cold Water Basin
Condenser 02
85,8971
4,3452
2,5
1
PUA-17
Cold Water Basin
HEU-02
511,2380
1,5826
5
1
PUA-18
Cold Water Basin
HEU-04
61,0020
5,7237
2
1
77
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Sungai Ca(OH)2 PUA-01
Tawas
FIlter
Sand Filter
PUA-02
Kolam EkuaLCsasi
Bak Sedimentasi
LC
LC
LC
LC
PUA-03
Bak Koagulasi
PUA-04
LC
LC
PUA-05 Bak Penampung Sementara PUA-06
PUA-07
Filtered Water Tank
Clarifier Sludge (Ke Pengolahan LCmbah Padat) Kaporit
LC
LC LC
Ke Kantor dan Perumahan
Cooling Tower LC
PUA-10
Bak Distribusi
PUA-09
PUA-12
Tangki Klorinasi
Hot Water Basin
TC Cold Water Basin
PUA-11 Udara
Proses PUA-13
Gambar VIII.3. Proses Alir Air Utili
78
PUA-08
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
VIII.2. UNIT PENYEDIA PENDINGIN VIII.2.1. Molten salt
Molten salt digunakan sebagai fluida dingin pada reactor dan memberikan panas yang diterima dari reaktor ke steam generator (SG-01) untuk membangkitkan steam dengan laju alir molten salt sebesar 150000 kg/jam. Spesifikasi molten salt yang digunakan adalah sebagai berikut: Komposisi :
- Potasium Nitrat, 53% berat - Sodium Nitrat, 7% berat - Sodium Nitrit, 43% berat
Titik leleh : 142 oC Cp mean : 1,56 kJ/kg K Berikut ini adalah skema aliran molten salt :
11
R-01
HEU-01
12
PU-01
Gambar VIII.4. Skema Aliran Molten Salt
79
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Perancangan: Spesifikasi Cooler yang digunakan untuk mendinginkan suhu molten salt adalah sebagai berikut : Spesifikasi Cooler
Kode
: HEU-01
Tugas
: Mendinginkan molten salt keluaran reaktor dengan
kapasitas 150000 kg/jam Tipe
: Heat Exchanger Shell and Tube (1-1)
Jumlah
: 1 buah
Jenis pendingin
: Air (Water)
Kondisi operasi
:
Suhu masuk hot fluid
: 330 oC
Suhu keluar hot fluid
: 325,83oC
Suhu masuk pendingin
: 30 oC
Suhu keluar pendingin
: 50 oC
Tekanan cooler
: 1,6 atm
Massa hot fluid
: 150000 kg/jam
Massa cold fluid
: 11616,42 kg/jam
Spesifikasi alat : Ud
: 446,82 Btu/j ft 2 F
A
: 3,99 ft 2
ΔP
: 8,56 psi
Spesifikasi Pompa
Kode
: PU-01
Jumlah
:4
Tugas
: Memompa molten salt keluar HEU-01 ke dalam R-
01 dengan kapasitas Jenis
150000 kg/jam : Reciprocating pump
1. Menentukan Head Pompa
Densitas molten salt = 340,23 kg/m 3 = 21,24 lb/ft3 a. Menghitung laju alir fluida 80
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Kapasitas
= 37500 kg/jam
Kecepatan volumetric (Qf ) =
laju alir feed campuran
= 1,08 ft 3/s = 0,0306
m3/s Kapasitas pompa = 10 % dari laju alir = 1,1.0,0306 m 3/s.60 s/menit = 2,02 m 3/menit
b. Menentukan diameter optimal pipa
Diperkirakan aliran fluida turbulen (NRe > 2100), sehingga digunakan persamaan untuk Di 1 in, yaitu : Di opt = 3,9 × Qf
0,45
× 0,13
(persamaan 45, Peters hal.365)
Dimana : Di opt = diameter dalam optimum, in Qf
= kecepatan volumetric, ft3/s
= density fluida, lb/ft3
Maka : Di opt = 6,00 in Dari Tabel. 11, Kern hal. 844 dipilih pipa dengan spesifikasi : D nom
= 12 in
ID = 12,09 in = 1,00 ft = 0,30 m OD
= 12,75 in = 1,06 ft = 0,32 m
Sch
= 30
Luas penampang dalam (Am) = 114,74 in 2 = 0,7968 ft 2 = 0,07403 m 2 c. Menghitung kecepatan linier fluida (V)
Kecepatan kinier fluida dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : V=
Q f A
Dimana : 81
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun V
= kecepatan linier aliran fluida, ft/s
Qf = laju alir volumetric, ft3/s = inside sectional area, ft2
A
Maka kecepatan linier fluida adalah : V = 3,0196 ft/s = 0,9203 m/s
molten salt = 0,25 poise = 0,00017 lb/ft/s
d. Menghitung bilangan reynold (NRe)
NRe
=
ID.V .
NRe
= 172839 (asumsi aliran turbulen benar)
e. Menentukan faktor friksi
Dari Appendix C-1 Foust hal. 717, untuk pipa t ipe baja komersial dengan D nominal 2 in, diperoleh harga /D = 0,0009 Dari Appendix C-3 Foust hal. 721, untuk N Re = 47.176,35 dan /D = 0,0009 diperoleh harga faktor friksi (f) = 0,024 f.
Menghitung panjang ekuivalen pipa
Tabel VIII.7. Perhitungan Panjang Ekuivalen Jenis
Jumlah
L/D
Pipa lurus
Le (ft) 190,00
Elbow 90 C
2
30
11,00
Gate valve
2
13
5,40
Check valve
1
135
28,00
Total
234,4
Jadi panjang ekuivalen pipa = 234,4 ft = 8,15 m
g. Menghitung energi yang hilang akibat gesekan
Di
= 12,09 in = 0,30 m
NRe
= 172839 82
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
/D f
= 0,0009 = 0,024
Energi yang hilang akibat gesekan adalah sebagai berikut :
F = j.
f . V 2 . Le 2 . g. Di
= 0,00556 m
Menghitung static head
Z1 = 10 ft dan Z2 = 2 ft ∆Z = (Z2 - Z1) = 8 ft = 0,278 m k. Menghitung velocity head
Velocity head dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut : V2
V1
P2 P1
Dimana : V1 = kecepatan aliran turun tangki V2 = kecepatan cairan masuk vaporizer Sehingga : V 2 = 0,954 m/s l.
Menghitung head pompa
Untuk menghitung head pompa digunakan persamaa berikut :
Dimana : Ws = head pompa ∆P = P2-P1 = (3-1) atm = 1,7 atm= 170000 kg/(m.s 2) ∆V2 = V22-V12 = 7,963 m/s g = percepatan gravitasi = 9,8 m/s F = friction head Maka : -Ws (Head Total) = 51,307 m Qf = 110,22 m 3/h
83
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 2. Menentukan Jenis Pompa
Dari tabel 10.17 Coulson untuk : Qf = 11,07 m 3/h H = 62,06 m
Gambar VIII.5. Tabel 10.17 Coulson untuk Menentukan Jenis Pompa
Pompa yang cocok digunakan adalah pompa reciprocating.
3. Menentukan Power Pompa
Digunakan pompa rediprocating dengan penggerak berupa motor induksi dengan spesifikasi : Jumlah kutub = 2 buah Frekuensi
= 50 Hz
Slip
= 0,03
Kecepatan sinkron =
60.f
= 3000 rpm
P/2
Kecepatan aktual = (1-slip).Kecepatan sinkron = 2910 rpm Spesific speed (Ns) = N Q
1 2
= 376,982 rpm = 400 rpm
3
h
4
Tenaga pompa
= −.. 550 = 7,02 ℎ = 5,24
Efisiensi pompa (dari figure 10.62 Coulson) = 0,61 84
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Gambar VIII.6. Figure 10.62 Coulson untuk Menentukan Efisiensi Pompa
Efisiensi motor (dari Tabel 3.1. Coulson) = 0,8
Gambar VIII.9. Figure 3.1 Coulson untuk Menentukan Efisiensi Motor
P aktual = 14,40 hp P standard = 15 hp
4. Pengecekan Kavitasi pada Pompa
Pa = 760 mmHg = 101324,72 Pa Pv = 0,0003 mmHg = 0,0349 Pa
(Perry,1999)
NPSHav = (P/ ρ) + z suction - (Pv/ ρ)
(Coulson)
NPSHav = 268,47 m NPSHreq = 3 m
(Coulson)
NPSHav > NPSHreq pompa bebas dari kavitasi
85
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun RESUME
Nama alat
: Pompa
Kode
: PU-01
Jumlah
:4
Tugas
: Memompa molten salt keluar HEU-01 ke dalam R-
01 dengan kapasitas
150000 kg/jam
Jenis
: Reciprocating pump
Power pompa : 15 hp Kondisi operasi
:
Suction
Tekanan
Suhu
: 1 atm
: 325,83 oC
Discharge
Tekanan
Suhu
: 1,3 atm
: 325,83 oC
Kapasitas
: 110,22 m3/h
Head Pompa
: 51,30 m
Spesific speed
: 3500 rpm
Jenis motor
: induksi
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
86
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun VIII.2.2. Mobiltherm oil
Mobiltherm oil digunakan sebagai fluida utilitas pada switch condenser aging tank. Berikut adalah skema aliran oiltherm pada masingmasing peralatan proses :
SC-01 (Receiving Process)
SC-01 (Melting Process)
AT-01 1
250 PU-04 PU-02
3,5
1,5
1
250
240 236
V-01
1,5
PU-03 1
218
60
PU-05 1,3
1
40 40
Gambar VIII.10. Skema Aliran Oiltherm
Spesifikasi mobiltherm oil yang digunakan adalah sebagai berikut : Komposisi
: campuran isomer di-benzyl toluene
Titik didih
: 380 oC
Flash point
: 200 oC
Fire point
: 230 oC
Suhu autoignition : 470 oC Specific gravity
: - pada 200 oC, 920 kg/m 3 - pada 300 oC, 852 kg/m 3
Cp mean
: 2,34 kJ/kg K
87
HEU-02
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Spesifikasi Pompa Utilitas-02
Nama alat
: Pompa Utilitas
Kode
: PU-02
Jumlah
:2
Tugas
: Memompa mobiloiltherm dari Switch Condenser 01
menuju Agitating
Tank 01 dan Vaporizer 01 kapasitas
73422 kg/jam Jenis
: Reciprocating pump
Power pompa
: 16 hp
Kondisi operasi
:
Suction
Tekanan
: 1 atm
Suhu
: 250oC
Discharge
Tekanan
: 3,5 atm
Suhu
: 250oC
Kapasitas
: 79,80 m3/h
Head Pompa
: 28,91 m
Spesific speed
: 3500 rpm
Jenis motor
: induksi
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
Spesifikasi Pompa Utilitas-03
Nama alat
: Pompa Utilitas
Kode
: PU-03
Jumlah
:1
Tugas
: Memompa mobiloiltherm dari Vaporizer 01 menuju
Mixed Point dengan
kapasitas 14940 kg/jam
Jenis
: Centrifugal pump
Power pompa
: 0,75 hp 88
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Kondisi operasi
:
Suction
Tekanan
: 1 atm
Suhu
: 60oC
Discharge
Tekanan
: 1,5 atm
Suhu
: 60oC
Kapasitas
: 16,23 m3/h
Head Pompa
: 5,99 m
Spesific speed
: 3500 rpm
Jenis motor
: induksi
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
Spesifikasi Pompa Utilitas-04
Nama alat
: Pompa Utilitas
Kode
: PU-04
Jumlah
:1
Tugas
: Memompa mobiloiltherm dari Switch Condenser 01
(melting process)
menuju Mixed Point dengan
kapasitas 131904 kg/jam Jenis
: Centrifugal pump
Power pompa
: 6 hp
Kondisi operasi
:
Suction
Tekanan
: 1 atm
Suhu
: 218oC
Discharge
Tekanan
: 1,5 atm
Suhu
: 218oC
Kapasitas
: 143,37 m3/h 89
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Head Pompa
: 5,99 m
Spesific speed
: 3500 rpm
Jenis motor
: induksi
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
Spesifikasi Pompa Utilitas-05
Nama alat
: Pompa Utilitas
Kode
: PU-05
Jumlah
:2
Tugas
: Memompa mobiloiltherm dari HEU 01 (melting process)
menuju Mixed
Point dengan kapasitas 146844
kg/jam Jenis
: Centrifugal pump
Power pompa
: 7,5 hp
Kondisi operasi
:
Suction
Tekanan
: 1 atm
Suhu
: 60oC
Discharge
Tekanan
: 1,5 atm
Suhu
: 60oC
Kapasitas
: 159,61 m3/h
Head Pompa
: 5,90 m
Spesific speed
: 3500 rpm
Jenis motor
: induksi
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2
90
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun VIII.3. UNIT PENYEDIA UDARA INSTRUMEN
Udara tekan biasanya digunakan sebagai penggerak control equipment yang bekerja secara pneumatik. Udara instrumen harus dalam keadaan kering (bebas dari uap air) oleh karena itu udara harus dilewatkan terlebih dahulu pada bejana pengering yang berisi silika gel untuk mengurangi kadar uap air didalamnya. Udara tekan diambil dari udara dilingkungan (atmosfer) yang dihisap menggunakan kompresor dengan spesifikasi sebagai berikut (perhitungan mirip dengan perhitungan kompresor udara untuk kebutuhan proses) : Spesifikasi Kompresor
Nama alat
: Kompresor Utilitas
Tugas
: Menyediakan udara tekan dari lingkungan untuk dengan kapasitas 108 m3/jam
keperluan kontrol Kode
: CU-01
Jumlah
: 1 unit
Jenis alat
: Kompresor Piston
Jumlah alat kontrol : 50 unit Kebutuhan udara/unit
: 30 L/menit
Kebutuhan udara total
: 108 m3/jam
Kondisi operasi
:
Suction
:
Tekanan
: 1 atm
Suhu
: 30oC
Discharge
:
Tekanan
: 3,7 atm
Suhu
: 65oC
Beban kompresor
: 3,41 kW
Daya motor
: 6,5 hp
Jenis motor
: Motor induksi 220 V, 3 fase
Frekuensi
: 50 Hz
Jumlah kutub
:2 91
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Setelah keluar dari kompresor maka udara akan dimasukkan ke dalam tangki udara tekan yang telah berisi silika gel untuk menjerap uap air yang terkandung didalam udara. Berikut adalah spesi fikasi tangki udara yang digunakan : Tangki Udara
Tugas :
Menampung dan mengeringkan udara dengan silika gel
Jumlah :
2 unit (untuk mempermudah dalam pergantian silika gel)
Perhitungan : Jumlah air dalam udara = 7,85 m3/jam = 5,65 kg/jam Kemampuan absorbsi silika gel thd. air pd RH 100% = 0,5 kg air/kg silica Kebutuhan silica
=
11,31
kg/jam
Bulk density silica
=
48,00
lb/ft3
0,014
m3/jam
Volume silika gel =
jam = 1 Regenerasi tiap
=
168
minggu
V silica
=
2,46
m3
Dianggap V silika adalah 40% volume tangki Dimensi tangki :
H = 1.5 D
V tangki =
6,17
V tangki =
p/4*1.5*D^3
maka,
D = 1,74 m
m3
H = 2,61 m
VIII.4. UNIT PENYEDIAAN LISTRIK
Listrik digunakan untuk menggerakkan alat-alat proses, yaitu pompa, kompresor, pengaduk, belt conveyor, bucket elevator serta flaker. Selain 92
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun untuk alat proses, listrik juga diperlukan sebagai penggerak alat-alat utilitas, seperti kompresor udara dan pompa serta untuk keperluan lain antara lain instrumentasi, penerangan dan AC, serta rumah tangga.
VIII.4.1Kebutuhan Listrik untuk Alat Proses
Daftar VIII.8. Data Kebutuhan Listrik Proses No.
Alat
Power (Hp)
Kode
Jumlah
1 Pompa
P-02
1
5
5,00
2 Pompa
P-03
1
1,5
1,50
3 Pompa
P-04
1
1,5
1,50
4 Pompa Refluks
P-05
1
0,25
0,25
5 Pompa Refluks
P-06
1
0,75
0,75
6 Pompa
P-07
1
1
1,00
7 Kompresor
C-01
1
7,50
7,50
AT-01
1
4,00
4,00
9 Belt Conveyor
B-01
1
1,75
1,75
10 Bucket Elevator
E-01
1
0,25
0,25
11 Flaker
FL-01
1
13
13
8 Pengaduk AgitatingTank
Total
@
Total
36,50
Kebutuhan listrik untuk alat proses = 36,50 hp
93
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun VIII.4.2. Kebutuhan Listrik untuk Unit Utilitas
Daftar VIII.9. Data Kebutuhan Listrik Unit Utilitas No.
Alat
Daya, hp
1.
Pompa molten salt
60
2.
Pompa mobiloiltherm
46,25
3.
Pompa siklus Dowtherm-A
5,00
4.
Pompa-pompa utilitas
88,75
5.
Kompresor Udara Tekan
6,5
Jumlah
207,5
Kebutuhan listrik untuk unit utilitas = 207,5 hp
VIII.4.3. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Instrumentasi dan Kontrol
Jumlah kebutuhan listrik untuk keperluan instrumentasi dan kontrol diperkirakan 10% dari kebutuhan alat proses dan utilitas. Maka kebutuhan listrik untuk instrumentasi dan kontrol sebesar = 24,4 hp
VIII.4.4. Kebutuhan Listrik untuk Laboratorium, Rumah Tangga, Perkantoran, dll
Kebutuhan listrik untuk rumah tangga dll diperkirakan sebesar 25% dari kebutuhan alat proses dan utilitas. Maka kebutuhan listrik sebesar = 61 hp Total kebutuhan listrik
= (207,5+36,5+24,4+61) hp = 329,40 hp
Faktor daya ( cos
)
Total daya
= 0,8 =
329, 40 0,8
hp = 411,75 hp = 306,93
kW = 306,93 kVA Kebutuhan listrik dipenuhi dari PLN dan sebagai cadangan digunakan generator listrik.
94
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun VIII.4.5. Kebutuhan Bahan Bakar untuk Mesin Diesel Cadangan
Daya diesel cadangan = 1000 Kw Diketahui: Net Heating Value (NHV) solar
= 43100 kJ/kg
Densitas solar
= 832 kg/m3
Daya yang dibangkitkan
= 306,93 kW = 1104932,27 kJ/jam
Efisiensi pembakaran
= 0,4
Kebutuhan bahan bakar
=
1193, / = 64,09 kg/jam 31 ×, 6,9 / = 0,08 m3/jam = 83 /3
Volume bahan bakar
Solar disiapkan untuk kebutuhan jika listrik dari PLN mati s elama 3 hari (maksimal dan kontinyu), maka bahan bakar yang harus selalu ada adalah : 3 hari x 24 jam x 0,08 m 3/jam = 5,51 m3
Tangki Bahan Bakar
Fungsi : Menyimpan bahan bakar solar = 5,51 m 3
Total kebutuhan bahan bakar
Over design 20 %, maka volume tangki = 6,61 m3 Diambil H = 1,2D V
6,43
D
:
H
: 1,2 x 1,89 m = 2,29 m
3
0,3
3
0,3
1,91 m
VIII.5. Unit Pengolahan Limbah VIII.5.1 Pengolahan limbah gas
Limbah gas dari operasional pabrik ini berasal dari
Flue gas sisa pembakaran di furnace Flue gas hasil pembakaran di furnace akan digunakan untuk memanaskan Dowtherm-A setelah itu akan dibakar dalam flare sebelum dilepas ke atmosfer.
Non-condensable gas hasil pemisahan pada T-02 95
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Non-condensable gas hasil pemisahan antara produk keluar SC-01 didalam T-02 akan dialirkan ke flare yang nantinya akan dibakar sebelum dilepas ke atmosfer. VIII.5.2. Pengolahan limbah cair
Limbah cair pabrik phthalic anhydride berasal dari :
Air buangan sanitasi
Air berminyak dari pompa
Air limbah dari laboratorium dan limbah cair dari proses
1. Limbah sanitasi
Limbah sanitasi pembuangan air yang sudah terpakai untuk keperluan kantor dan pabrik lainnya seperti pencucian, air masak dan lain-lain. Penanganan limbah ini tidak memerlukan hal khusus karena seperti limbah rumah tangga lainnya. Air buangan ini tidak mengandung bahan-bahan kimia yang berbahaya. Yang perlu diperhatikan di sini adalah volume buangan yang diizinkan dan kemana pembuangan air limbah ini. 2. Air berminyak dari pompa
Air berminyak berasal dari buangan pelumas pada pompa dan alatalat lainnya. Pemisahan dilakukan berdasarkan perbedaan berat jenis. Minyak di bagian atas dialirkan ke tungku pembakar, sedangkan air di bagian bawah dialirkan ke panampung akhir, kemudian dibuang. 3. Air Limbah dari Laboratorium dan Limbah Cair dari Proses
Secara umum air limbah yang berasal dari setiap kegiatan di pabrik phthalic anhydride ini harus diolah agar dapat dibuang ke lingkungan dengan kisaran parameter air yang sesuai dengan peraturan pemerintah, yaitu : ▫
COD = maks. 100 mg/l
▫
BOD = maks. 20 mg/l
▫
TSS
= maks. 80 mg/l
▫
Oil
= maks. 5 mg/l
▫
pH
= 6,5 – 8,5 96
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Limbah cair dari proses berasal dari hasil atas MD-02 dan limbah cair pengolahan Maleic Anhydride. Skema pengolahan limbah cair dapat dirangkum pada diagram dibawah ini : Limbah Cair
Sanitasi
Pompa
Dibuang
Proses dan Laboratorium
Bak Equalisasi
Oil Separator Dibakar Floculant Pre Treatment
Floculant Treatment
Bak Sedimentasi 1
pH Control
Biological Treatment
Belt Pressfilter
Bak Sedimentasi 2 Biological Treatment 2
Pupuk
Bak Sedimentasi 3
Gambar VIII.11. Skema Pengolahan Limbah Cair
VIII.5.3. Pengolahan limbah padat
Limbah padat berupa lumpur / pasir yang dihasilkan dari unit pengolahan air dimanfaatkan sebagai penimbun yang sebelumnya diturunkan kadar airnya. Adapun limbah padat yang berasal dari toilet diolah di septic tank .
97
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB IX LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK
A.
LOKASI PABRIK
Pemilihan lokasi pembangunan pabrik yang optimum dilihat baik dari aspek teknis seperti letak pusat industri, fasilitas-fasilitas pendukung yang tersedia (air, utilitas, dll.) maupun aspek non-teknis (ekonomi, sosial, hukum). Faktor-faktor penting yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan lokasi pabrik adalah : a) Daerah pemasaran Phthalic anhydride merupakan senyawa yang dibutuhkan sebagai bahan utama produksi plasticizer . Oleh karena itu, lokasi pendirian pabrik akan lebih menguntungkan jika didirikan di suatu kawasan industri yang memerlukan phthalic anhydride. b) Ketersediaan bahan baku O-xylene tidak diproduksi di Indonesia, sehingga o-xylene harus diimpor. Lokasi pabrik harus dekat dengan pelabuhan untuk menjaga suplai bahan baku tetap kontinyu dan untuk menghemat biaya transportasi bahan baku. c) Ketersediaan energi, air, utilitas lainnya Dalam operasinya, pabrik membutuhkan air, energi, dan kebutuhan utilitas lainnya untuk berbagai keperluan, baik untuk keperluan proses, pendingin atau kebutuhan lainnya. Oleh karena itu, lokasi pabrik hendaknya berdekatan dengan sumber air seperti sungai, waduk, atau laut sehingga ketersedian air terjamin. Sumber energi, steam, dan listrik juga henadaknya dekat dengan lokasi pabrik. d) Ketenagakerjaan Tenaga kerja merupakan pihak yang menjalankan proses produksi pabrik, sehingga performa tenaga kerja mempengaruhi kinerja pabrik. Maka dipilih lokasi yang sanggup memenuhi spesifikasi tersebut agar jalannya produksi lancar. e) Transportasi
98
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Lokasi pabrik harus didukung dengan infrastruktur transportasi yang baik, melalui jalur darat maupun laut untuk mempermudah proses transportasi bahan baku maupun produk. f) Kondisi geografis dan sosial Lokasi pabrik sebaiknya terletak di daerah yang relatif aman dari bencana alam layaknya gempa bumi, longsor, dan lain-lain. Selain itu, lokasi pendirian pabrik sebaiknya juga memperhatikan kondisi sosial masyarakat di sekitar produksi. Dukungan dari masyarakat sekitar sangat membantu dalam perkembangan suatu pabrik. Kebijakan pemerintah setempat juga turut mempengaruhi lokasi pabrik. Jumlah lahan yang tersedia pun menjadi acuan penting.
Berdasarkan
pertimbangan-pertimbangan
tersebut,
maka
terdapat
dua
alternatif lokasi pendirian pabrik phthalic anhydride, yaitu Kawasan Industri Gresik, Propinsi Jawa Timur dan Kawasan Industri Cilegon, Propinsi Banten. Berikut tabel komparasi faktor-faktor pendukung pemilihan lokasi pabrik.
Daftar IX.1. Perbandingan Faktor Pendukung Pemilihan Lokasi Pabrik di Indonesia Nomor
Aspek
1
Daerah Pemasaran
2
Ketersediaan bahan baku (impor)
3
Ketersediaan
air,
energi,
dan
Cilegon, Banten
Gresik, Jawa Timur
Tersedia
Tersedia
Akses dari
Akses dari
Pelabuhan Merak
Pelabuhan Gresik
Tersedia
Tersedia
Tersedia
Tersedia
Infrastruktur cukup
Relatif padat
utilitas lainnya 4
Ketenagakerjaan
5
Transportasi
baik, relatif lancar 6
Kondisi geografis dan sosial
Jauh dari
Relatif dekat dengan
pemukiman, lahan
pemukiman, lahan
tersedia
terbatas
Setelah meninjau hasil komparasi pada Daftar 6, maka lokasi yang dipilih untuk permbangunan pabrik phthalic anhydride
adalah pada Kawasan Industri
99
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Cilegon, Propinsi Banten. Pertimbangan – pertimbangan yang mendasari pemilihan Kota Cilegon adalah sebagai berikut : 1. Bahan baku o-xylene diperoleh dari hasil impor. Cilegon sebagai kawasan industri
sangat
dekat
dengan
pelabuhan
laut
Merak
sehingga
biaya
transportasi bahan baku dapat lebih ditekan. Kapasitas pelabuhan Merak pun juga relatif cukup besar. 2. Walaupun sebagian besar pabrik yang menggunakan phthalic anhydride di kawasan Jawa Barat dan Banten bertempat di kawasan Tangerang seperti PT Pardic Jaya Chemical, PT Eternal Buana Chemical Industries, PT Ina Kansai Perkasa (industri alkyd resin) dan PT Indopolymers Adiputra (industri DOP), namun transportasi phthalic anhydride dalam fase padat sangat feasible dilakukan melalui jalur darat dari Cilegon ke Tangerang. 3. Penyediaan air diperoleh dari air laut yang harus melalui proses desalinasi terlebih dahulu sebelum digunakan. Cilegon merupakan kawasan industri terpadu. Dimungkinkan juga kebutuhan utilitas seperti steam, air, dan listrik disediakan oleh sejumlah pabrik tertentu. 4. Kebutuhan tenaga kerja untuk pabrik phthalic anhydride ini dapat dipenuhi dari wilayah di sekitar dekat pabrik. Adanya pabrik ini akan
menyerap
tenaga kerja sehingga dapat mengurangi tingkat penganggura n. 5. Harga tanah di daerah Cilegon telah diatur oleh pemerintah dan ditetapkan sebagai kawasan industri sehingga tidak perlu pembebasan tanah penduduk. Dikarenakan Cilegon sebagai kawasan industri maka perluasan pemukiman penduduk dibatasi untuk memperlancar perluasan area pabrik. Pemerintah daerah setempat pun banyak memberi kemudahan bagi pengembangan pabrik sehingga hal ini akan membantu industri-industri yang didirikan disana. Ketersediaan lahan di Cilegon pun lebih besar dibandingkan Kawasan Industri
Gresik
yang
relatif
padat,
begitu
pula
dengan
infrastruktur
transportasinya.
100
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun B.
TATA LETAK PABRIK
Lokasi pabrik berada di daerah Cilegon, Banten. Alasan pemilihan daerah ini adalah karena lokasinya dekat dengan pelabuhan sehingga memudahkan dalam transportasi bahan baku o-xylene dari Singapura.
Gambar IX.1. Lokasi Pabrik Dalam penyusunan layout alat-alat proses diusahakan sesuai dengan urutan kerja dan fungsi masing- masing alat. Tata letak alat proses didesain dengan pertimbangan yaitu : 1. Letak peralatan berada dalam lokasi yang memadai, sehingga memberikan cukup ruang gerak dalam pemasangan, perawatan maupun perbaikan. 2. Tata letak peralatan dilakukan berdasarkan urutan prosesnya, sehingga diperoleh efisiensi secara
teknis dan ekonomis
serta memudahkan dalam kontrol,
pengawasan, dan keleluasaan gerak operator. 3. Peralatan beresiko
pabrik
disusun
sedemikian
tinggi diberi jarak
yang
rupa, cukup
terutama sehingga
untuk
alat-alat
yang
memudahkan dalam
penanggulangan bahaya baik berupa kecelakaan kerja maupun kebakaran. 4. Unit utilitas dan sumber tenaga ditempatkan terpisah dari area proses sehingga dapat menjamin operasi berjalan dengan aman. 5. Penempatan peralatan pabrik harus mempertimbangkan adanya penambahan unit baru, sehingga tidak menimbulkan kesulitan di masa yang akan datang.
101
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 6. Jalan-jalan
dalam
pabrik
harus
cukup
lebar
dan
memperhatikan
faktor
keselamatan manusia, sehingga lalu lintas dalam pabrik dapat berjalan dengan baik. Perlu dipertimbangkan juga adanya jalan pintas jika terjadi keadaaan darurat. 7. Letak alat-alat ukur dan alat kontrol harus mudah dijangkau operator. Letak kantor dan tangki produk, bahan baku serta bahan penunjang harus mudah dijangkau dari jalan utama. Denah keseluruhan dan tata letak alat proses dapat dilihat pada Gambar 4 dan 5 berikut :
102
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Pos Satpam
Pintu Masuk Utama
Area Taman
Area Taman Masjid
Area Parkir Wisma n a l a J
n a l a J
Kantor RnD
Kantor Pusat
n a l a J
Kantor Pusat
n a l a J
Perpustakaan Area Taman
n a l a J
Kantor Lingkungan Hidup
Kantor K3
Kantin
P3K
Area Taman
Pos pemeriksaan
Jalan
Pos pemeriksaan Power Station Laboratorium
Bengkel
Control Room Fire Station
n a l a J
n a l a J
Utilitas
Fuel Storage
Area Proses Area pengemban gan
Area Tangki dan Gudang Unit Pengolahan Limbah
Jalan
Gambar IX.2. Denah Pabrik Keseluruhan
103
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
CD01
AT-01
RB01
RB02
CD02
B01 1 - 0 B C
AT-01
AT-01
FL-01 B C - 0 1
MD-01
MD-02
B01
AC-01
P-06 SC-01
SC-01
P-05
P-04
R-01
R-01
R-01 T-01
P-03
V-01 P-02
F-01 FD-01
C-01
Keterangan alat : AC : Accumulator AT : Agitating Tank B : Bin BC : Belt Conveyor C : Compressor CD : Condensor F : Furnace FD : Flash Drum
Skala 1:500
FL : Flaker MD : Menara Distilasi P : Pompa R : Reaktor RB : Reboiler SC : Switch Condenser T : Tangki V : Vaporizer
Gambar IX.3. Layout Alat Proses
104
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB X PERTIMBANGAN ASPEK KESELAMATAN, KESEHATAN KERJA, DAN LINGKUNGAN
A. PENDAHULUAN
Perancangan suatu pabrik kimia wajib mempertimbangkan aspek keselamatan, kesehatan kerja dan lingkungan. Hal ini dilakukan untuk menjamin keselamatan dan kesehatan para pegawai serta masyarakat yang tinggal di sekitar pabrik tersebut. Pada dasarnya setiap bahan, alat, maupun kondisi operasi memiliki hazard -nya masing-masing, sedangkan resiko yang terjadi tergantung pada sistem keamanan dan perilaku kerja yang diterapkan. Jika pabrik memiliki sistem safety yang baik, maka dapat menurunkan resiko terjadinya kecelakaan kerja. Demikian pula dengan perilaku kerja para pegawai, jika para pegawai aware dengan hazard yang ada dan berusaha untuk selalu bertindak sesuai peraturan yang diterapkan maka tingkatan resiko juga dapat diturunkan. Selain keamanan dan kesehatan kerja, aspek lingkungan juga perlu mendapat perhatian khusus. Aspek lingkungan meliputi pengelolaan dan pembuangan limbah yang dihasilkan agar tidak mencemari lingkungan dan mengganggu masyarakat, terutama yang tinggal di sekitar lokasi pabrik. Pembuangan limbah dilakukan dengan memperhatikan peraturan yang ada di daerah pabrik tersebut didirikan. Oleh karena itu, identifikasi hazard terhadap bahan maupun limbah wajib dilakukan. Pada perancangan pabrik phthalic anhydride dengan bahan baku o-xylene dan udara dengan kapasitas 80.000 ton/tahun ini terdapat beberapa spot yang memiliki hazard yang cukup besar seperti pada alat reaktor yang memiliki hazard cukup besar karena beroperasi pada tekanan dan suhu yang cukup tinggi. Oleh karena itu diperlukan alat-alat kontrol dan proteksi yang bisa meminimalisir kemungkinan realisasi hazard pada alat tersebut. Dari segi bahan yang harus ditangani secara umum tidak memiliki hazard yang besar bila mengacu pada data MSDS bahan-bahan yang dipakai. Namun kemungkinan hazard menjadi sangat besar bila beberapa bahan tersebut harus digabungkan dalam proses. Seperti pada mixing valve yang menggabungkan antara o-xylene dan udara. Diperlukan kehati-hatian dalam proses mixing tersebut karena bila kadar o-xylene berada dalam flammability limitnya maka seketika akan terjadi ledakan. Oleh karena itu mengingat hazard yang cukup besar dari pabrik ini maka sangat penting 105
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun untuk dilakukan analisis dan perancangan yang cukup mendetail terhadap sistem safety yang mencakup alat kontrol, pengelolaan bahan, dan pengolahan limbah pada seksi proses dan utilitas pabrik ini. B. IDENTIFIKASI HAZARD BAHAN
Untuk mengidentifikasi hazard yang terkandung dalam bahan-bahan yang terlibat dalam keseluruhan pabrik maka dilakukan risk assesment terhadap bahan-bahan tersebut dan risk assesment didasarkan dari data MSDS bahan. Daftar X.1. Tabel Identifikasi Hazard Bahan BAHAN BAKU
Hazard
el ev
ci ma T
m e
gn
ev
ro ri
ix
oi
lf
or
iz ir
c
Keterangan
it
Pengelolaan
ca
at
xo
ol px
is
tn
ev
ba is
Bahan
o
id da r
Liquid. Auto ignition temperature : 463oC. Slightly explosive bila terkena o-Xylene (C8H10)
√
√
flame. Reaktif dengan oxidizing agent. Flammability
Disimpan dalam tangki tertutup dan ditempatkan jauh dari unit yang memicu terjadinya kebakaran misalnya furnace. Jauhkan dari nyala api dan panas karena sifat bahan yang flammable.
Limit Lower 0,9% Upper 6,7% m-Xylene (C8H10)
√
√ 106
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Liquid. Slightly toxic.
Disimpan dalam tangki tertutup dan ditempatkan
Autoignition jauh dari unit yang temperature :
memicu terjadinya
527oC. LFL
kebakaran misalnya
:1,1% UFL
furnace. Jauhkan dari
:7%. Sangat
nyala api dan panas
berbahaya
karena sifat bahan yang
bila terkena
flammable.
kulit. Tidak ada penanganan khusus. Langsung
Udara (N2 dan O2)
diambil dan dibuang ke lingkungan.
PRODUK
Jaga tangki penyimpanan
Phthalic Anhydride (C8H4O3)
Solid. LFL :
√
√
1,7% UFL 10,4%.
tetap kering, jauh dari sumber penyalaan, dan cukup ventilasi. Jangan disimpan dibawah suhu 25oC.
Maleic Anhydride (C4H2O3)
√
√
√
Solid. LFL :
Disimpan dalam tangki
1,4% UFL :
tertutup dan ditempatkan
7,1%.
jauh dari sumber nyala.
Reactive
Simpan dalam tempat
with oxidizing agents,
yang dingin dan hindarkan kontak dengan oxidizing agents,
107
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun reducing
reducing agents, acids,
agents, acids, dan moisture. and moiture.
IMPURITIES LAIN
Jaga tangki tertutup dan dingin namun tetap C7H6O2 (Benzoic Acid)
√
Solid
memiliki ventilasi yang memadai. Jauhkan dari sumber nyala api. Jaga tangki tertutup dan dingin namun tetap
C8H8O2 (Toluic Acid)
√
Solid
memiliki ventilasi yang memadai. Jauhkan dari sumber nyala api.
Solid. Flash point : 152oC. C8H6O2 (Phthalide)
√
Reactive with
Simpan dalam tangki yang dingin dan kering serta tertutup rapat.
oxidizing agent Jaga tangki tertutup dan C5H6O4 (Citraconic Acid)
√
Solid. Higroskopis.
dingin namun tetap memiliki ventilasi yang memadai. Jauhkan dari sumber nyala api.
Phthalic Acid
√
Solid. Flash Point 168oC
108
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Jaga tangki tertutup dan dingin. Jauhkan dari sumber nyala api.
BAHAN PENDUKUNG
Solid. V2O5 (Vanadium Oxide)
√
√
Reactive with acids, alkalis. Solid. Reactive
TiO2 (titanium oxide)
√
with acids and slightly reactive with metals
Jaga tangki tetap tertutup, dingin dan memiliki ventilasi yang cukup. Hindarkan kontak dengan acid dan alkali. Jaga tangki tetap tertutup, dingin dan memiliki ventilasi yang cukup. Hindarkan kontak dengan acids
Flash point 210oC. LFL :
Mobiloiltherm
√
Tutup rapat tangki
0,9% UFL :
penyimpanan bila tidak
7,0%.
digunakan. Selalu beri
Boiling point 316oC. Reactive with strong
label diluar tangki. Jauhkan dari oxidizing agents dan material yang mudah terbakar.
oxidizers Flash point o
Dowtherm-A
√
113 C. Boiling point 400oC.
Tutup rapat tangki penyimpanan bila tidak digunakan. Selalu beri label diluar tangki. Jauhkan dari oxidizing
109
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun agents dan material yang mudah terbakar.
UTILITAS
Solid. Reactive with reducing agents, combustible materials, Kaporit (Ca(OCl)2)
√
√
√
√
organic materials, acids, moisture. Extremely corrosive in
Bagian dalam tangki penyimpan dilapisi dengan polyethylene untuk mencegah terjadinya korosi. Hindarkan kontak dengan reducing agents, combustible materials, acids, dan moisture.
presence of aluminum and zinc. Solid. Tawas (Al2(SO4)3.(1418)H2O
Kalsium hidroksid (Ca(OH)2)
Reactive
√
√
with
Jaga tangki tetap tertutup, dingin, dan memiliki ventilasi yang
oxidizing
cukup. Hindarkan kontak
agents.
dengan oxidizing agents.
Solid.
Jaga tangki tetap
Reactive with acids
tertutup, dingin, dan memiliki ventilasi yang
110
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun cukup. Jangan menyimpan bahan dibawah suhu 25oC. Hindarkan kontak dengan acids.
Daftar X.2. Tabel Identifikasi Potensi Paparan Bahan Kimia Identifikasi potensi paparan bahan kimia
.
Hazard
ur a j
la na G
O
Pur a P
y
na
s
ka
at
ir
e e
s
ur e
K
at
b ur u K
I u
u s
ka K
is
h
is L
ka ur
a
G
ne
na
na K
n ni
na
k
Jenis Paparan
a gr
ni
re
Pengelolaan
T
M
o-Xylene (C8H10)
√
√
√ Operator menggunakan splash googles, full suit,
m-Xylene (C8H10)
√
√
√
Operator menggunakan splash googles, full suit, gloves, boots, and vapor respirator.
gloves, boots, and vapor respirator.
phthalic anhydride (C8H4O3)
√
√
√
Operator menggunakan splash googles, full suit, gloves, boots, and vapor respirator.
maleic anhydride (C4H2O3)
√
√
√
Operator menggunakan splash googles, full suit, gloves, boots, and vapor respirator.
C7H6O2 (benzoic acid)
√
gloves.
√ Operator harus menggunakan gloves. √ Operator harus menggunakan gloves.
C8H8O2 (toluic acid) C8H6O2 (phthalide) C5H6O4 (citraconic acid) C8H6O4 (phthalic acid)
√ Operator harus menggunakan wearpack, masker, dan
√ Operator harus menggunakan gloves. √
√ Operator harus menggunakan wearpack, masker, dan gloves.
111
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun V2O5 (vanadium pentaoxide)
√
√ Operator harus menggunakan wearpack, masker, dan
√
TiO2 (titanium oxide)
Operator harus menggunakan wearpack, masker, dan gloves.
√
gloves.
√ Operator harus menggunakan wearpack, masker, dan
Mobiloiltherm
gloves.
Dowtherm-A
√
√ Operator harus menggunakan wearpack, masker, dan
Tawas (Al2(SO4)3.(1418)H2O
√
√
Operator harus menggunakan wearpack, masker, dan gloves.
Kalsium hidroksid (Ca(OH)2)
√
√
Operator harus menggunakan wearpack, masker, dan gloves.
√
Kaporit (Ca(OCl)2
gloves.
√ Operator harus menggunakan wearpack, masker, dan
Oli pelumas Bahan bakar minyak
gloves.
√
√
Operator harus menggunakan wearpack , masker , goggles dan gloves
√
C. IDENTIFIKASI HAZARD LIMBAH
Limbah yang dihasilkan dari pabrik juga perlu diidentifikasi hazard nya agar dapat dikelola dan ditangani dengan baik dan bijak. Berikut adala h identifikasihazard untuk limbah gas, cair dan padat yang dihasilkan dari keseluruhan proses. Daftar X.3. Tabel Identifikasi Hazard Limbah A
Identifikasi hazard emisi gas yang ada dalam proses
.
No EMISI
Hazard
s
1
CO2
AC-01
na k
ma
i
ne
ki
A s
ka
na j e
o
ut
me P
s
G
b
si
b ol
o T
na
Keterangan
k la
sa ki
SUMBER
Flue Gas,
na
na
ne P
me
g ol
na ur
g P H
u
Pengelolaan
K
k E Efisiensi bahan bakar dengan
√
pengaturan flow udara dan insulasi yang baik
112
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
2
CH4
3
CO
B
√
Flue Gas
pengaturan flow udara dan insulasi
pembakaran
yang baik
AC-01
pengaturan flow udara dan insulasi yang baik
Identifikasi hazard limbah cair yang ada dalam proses
Hazard
ai
ri na
at i
i
ri
Limbah Cair
A
i
b k
u
la
ti
sa o
ol
re a
u oi
Sumber
S
is a
r
da c
d
u uc
Sanitasi
2
Laboratorium
M
3
Oli bekas Air pencuci sand filter
Peumahan dan
Proses dan Utilitas Utilitas
M M
√
Perkantoran Laboratorium
e ne
ne M
1
s ur
me e
M
ka a
ge
ar ar
Pengelolaan
ke ri
a ir
n n e
g
m b
m uc
C
sisa dari hasil
√
s
4
Efisiensi bahan bakar dengan
Efisiensi bahan bakar dengan
Flue Gas,
.
No
Hidrokarbon
√
√
√
√
√
√
√
√
Dapat langsung dibuang ke lingkungan karena tidak terlalu berbahaya Dialirkan ke unit pengolahan limbah cair Oli bekas ditampung untuk kemudian dijual ke pabrik pengolahan oli bekas Dialirkan ke unit pengolahan limbah cair
Identifikasi hazard limbah padat yang ada dalam proses
No. Limbah Padat
Sumber
Hazard
Pengelolaan
113
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
ci ur
ol M
E
xo 1
Sludge
Clarifier
2
V2O5-TiO2
Katalis R-01
ri me
re
a
s
t
fi ni oi
-
A ka
c o
e
T
ir i
ka
b
al
ne k
m M
u S
ni da R
a L
√
Dibuat landfill
√
Diolah pada pengolahan limbah padat
D. IDENTIFIKASI HAZARD ALAT
Identifikasi hazard terhadap alat yang terlibat baik dalam proses maupun utilitas juga sangat urgent dilakukan untuk meminimalisir realisasi hazard dari masing-masing alat. Berikut adalah daftar identifikasi hazard dari alat-alat yang terlibat dalam keseluruhan proses. Daftar X.4. Tabel Identifikasi Hazard Alat Proses A
Identifikasi hazard kondisi peralatan proses
Hazard No
Peralatan
na
Simbol
na T
m K
K
ni l
t
na
u
p
g a
u
sa
is
is
i ra
h ke
is
na S P
u t
ti
Keterangan
o
g
t
E
ve
u o
Tangki 1
penyimpan
√
T-01
P = 1 atm T =30oC
o-xylene 2
3
4
Vaporizer Flash Drum Mixing Point 2
V-01
√ √
P = 6,7 atm T = 228,1oC
√
FD-01
MV-02
Pengelolaan
√
P = 6,7 atm T = 228,1oC
P = 6,7 atm T = 228,1oC
Dipasang level indicator Dipasang temperature controller Dipasangi level controller Dipasang ratio controller 114
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
5
Furnace
F-01
√ √
P = 6,7 atm T = 350oC
Dipasangi temperature controller Dipasangi temperature controller yang terhubung dengan pendingin, pressure
6
Reaktor
R-01
√ √
√
P = 6,5 atm T = 350oC
controller, pressure relief valve dan isolator agar panas tidak terbuang keluar dan segi keamanan untuk operator Dipasang temperature controller yang terhubung dengan pendingin/pemanas,
7
Switch Condenser
SC-01
√
√
o
P = 1,3 atm T = 350 C
pressure indicator, pressure relief valve dan isolator agar panas tidak terbuang keluar dan segi keamanan untuk operator
8
Accumulat or
AC-01
√
√
P = 1,1 atm T=130oC
Dipasang level controller Dipasang temperature controller yang
9
Agitating Tank
AT-01
√ √
√
√
P = 2,5 atm T = 150oC
terhubung dengan pemanas, pressure controller, pressure relief valve dan isolator
115
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun agar panas tidak terbuang keluar dan segi keamanan untuk operator
10
11
Menara
MD-01,
Distilasi
MD-02
Flaker
FL-01
Dipasang temperature
√ √
√
P = 3,6 atm T=350oC
controller dan level indicator
√
√
P = 1,2 atm T = 150oC
Dipasang temperature controller
Daftar X.5. Tabel Analisis “What If” Alat Proses No
Alat
Simbol
What If Question
Penyebab
Akibat
Rekomendasi
Apa yang terjadi jika temperatur di dalam vaporizer 1
Vaporizer
V-01
Aliran fluida pemanas terlalu besar
Tidak ada cairan yang diuapkan dalam vaporizer sehingga menyebabkan over heating
meningkat?
temperatur di dalam vaporizer
controller pada aliran keluar vaporizer yang
Apa yang terjadi jika
Dipasang temperature
terhubung dengan aliran Alirah fluida
Cairan terakumlasi didalam
pemanas
vaporizer sehingga
terlalu kecil
menyebabkan overflow
fluida pemanas masuk
menurun?
116
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Apa yang terjadi jika ketinggian cairan didalam FD-01 2
Flash Drum
FD-01
Aliran dari
Cairan didalam FD-01
vaporizer
terakumulasi dan
naik
menyebabkan overflow
Dipasang level controller pada FD-01 yang
meningkat?
terhubung dengan aliran
Apa yang
cairan keluar. Sehingga
terjadi jika ketinggian cairan didalam FD-01
Aliran dari vaporizer turun
ketinggian cairan dalam Cairan dalam FD-01 akan
FD-01 dapat terjaga.
habis
menurun? Apa yang
3
terjadi jika
Flow o-
Dipasang flow controller
rasio udara dan
xylene
yang disatukan dengan
Mixing
MV-
o-xylene
dan/atau
Point 2
02
berada dalam
udara
kisara
kurang atau
udara dan o-xylene
Flammability
berlebih
berada diluar FL
Panas yang
Dipasang temperature
Terjadi ledakan
ratio controller untuk memastikan bahwa rasio
Limits? Apa yang terjadi jika suhu di aliran gas keluar 4
Furnace
F-01
reaktor menurun? Apa yang terjadi jika suhu di aliran gas keluar
disuplai
Konversi o-xylene menjadi
controller pada aliran
kedalam
phthalic anhydride dalam
keluar furnace yang
furnace
reaktor rendah
dihubungkan dengan
kurang
flowrate bahan bakar dan udara yang
Panas yang disuplai kedalam
Bisa terjadi hotspot dalam katalis reaktor
digunakan sebagai sumber panas pada furnace
117
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun reaktor
furnace
meningkat?
berlebihan
Apa yang akan terjadi jika suhu di dalam reaktor meningkat? Apa yang akan terjadi jika 5
Reaktor
R-01
suhu di dalam reaktor menurun?
Panas yang disuplai oleh
Bisa terjadi hotspot dalam
furnace
katalis reaktor
berlebih
Panas yang disuplai oleh furnace kurang
Dipasang temperature controller pada beberapa titik disepanjang tube yang dihubungkan
Konversi o-xylene menjadi
dengan aliran molten salt
phthalic anhydride dalam
masuk
reaktor rendah
Apa yang akan terjadi jika
Terjadi
tekanan di
reaksi run
dalam reaktor
away
Tangki meledak
Dipasang pressure relief valve
meningkat? Apa yang
Switch 6
Condenser (Receiving Process)
SC-01
terjadi jika
Suhu gas
suhu didalam
keluaran
switch
reaktor
condenser
tinggi
Proses pemadatan dan kondensasi tidak berjalan sempurna
Dipasang temperature controller yang terhubung dengan aliran pendingin masuk
meningkat? Apa yang terjadi jika suhu didalam switch condenser menurun?
Suhu gas keluaran reaktor terlalu rendah
Terlalu banyak padatan yang terpadatkan sehingga berpotensi menimbulkan block aliran yang berujung pada naiknya tekanan SC01 dan ledakan SC-01
Dipasang temperature controller yang terhubung dengan aliran pendingin masuk dan dipasang relief valve
118
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Apa yang terjadi jika
Padatan
suhu didalam
yang ingin
Overheating yang dapat
switch
dicairkan
mengakibatkan ledakan
Switch
condenser
sudah habis
Condenser
meningkat?
(Melting
Apa yang
Process)
terjadi jika suhu didalam switch condenser menurun?
Dipasang temperature controller yang
Padatan yang ingin dicairkan terlalu banyak
terhubung dengan aliran Padatan tidak tercairkan
pemanas masuk
semua sehingga mengakibatkan blocking pada proses selanjutnya
Apa yang terjadi jika
Cairan didalam AC-01
ketinggian
Aliran dari
terakumulasi melebihi
cairan didalam
SC-01 naik
batas normalnya dan
Dipasang level controller
menyebabkan overflow
pada AC-01 yang
AC-01 7
Accumulator
AC-01
meningkat?
terhubung dengan aliran
Apa yang
cairan keluar. Sehingga
terjadi jika
ketinggian cairan dalam
ketinggian
Aliran dari
cairan didalam
SC-01 turun
AC-01
Cairan dalam AC-01 akan habis menyebabkan
FD-01 dapat terjaga.
kavitasi pada P-03
menurun? Apa yang
8
Agitating Tank
AT-01
terjadi jika
Aliran dari
ketinggian
AC-01
cairan didalam
terlalu
AC-01
banyak
Akumulasi cairan di dalam AT-01 menyebabkan tangki overflow
Dipasang level controller yang terhubung dengan aliran cairan keluar AT01
meningkat?
119
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Apa yang terjadi jika
Aliran dari
ketinggian
AC-01
cairan didalam
terlalu
AC-01
sedikit
Cairan dalam AT-01 habis dan dapat mengakibatkan overheating
menurun? Apa yang akan terjadi jika suhu di dalam AT-01 meningkat? Apa yang akan terjadi jika suhu di dalam AT-01 menurun?
Panas yang disuplai oleh pemanas terlalu besar
Panas yang disuplai oleh pemanas terlalu kecil
Dipasang temperature Uap yang terbentuk akan
controller yang
semakin banyak dapat
terhubung dengan aliran
menyebabkan overpressure
pemanas masuk dan dipasang relief valve
Konversi phthalic acid menjadi phthalic anhydride kecil
Dipasang temperature controller yang terhubung dengan aliran pemanas masuk
Apa yang MD01, MDMenara 9
Distilasi, Reboiler, Condenser
02, RB-
terjadi jika level cairan di dalam stage paling bawah
Suhu di dalam MD terlalu besar
Tidak ada cairan yang
dipasang level controller
masuk ke dalam reboiler,
yang dihubungkan ke
akan terjadi overheating di
arus bottom product
dalam reboiler
keluar menara distilasi 1
terlalu rendah? Pemisahan antara dua
01, RB-
Apa yang
02,
terjadi jika
CD-
suhu di dalam
01,
MD terlalu
CD-02
besar?
Suplai panas
komponen yang diinginkan
pada
tidak akan berlangsung
condenser
dengan baik karena
dan/atau
perubahan titik
reboiler
kesetimbangan yang
tidak sesuai
mengakibatkan kemurnian produk berubah.
Dipasang temperature controller untuk aliran keluar condenser dan reboiler yang akan dihubungkan dengan aliran masuk pendingin dan pemanas.
120
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Apa yang terjadi jika 10
Flaker
FL-01
suhu padatan keluar flaker
Panas yang
Padatan hasil keluar flaker
disuplai oleh
tidak dapat langsung
flaker terlalu
dipacking karena suhunya
kecil
masih tinggi
terlalu besar?
Dipasang temperatur controller untuk padatan keluar flaker yang dihubungkan dengan aliran pendingin masuk
Daftar X.6. Tabel Identifikasi Hazard Plant Layout dan Lokasi Proses Identifikasi hazard plant layout dan lokasi proses Hazard Pengelolaan
na
na de be
na ha na
yt
ha
ili
yt an
B
ka
il a ib
ya
ra ka L
a
dn ia ba br
sa
tn
e pe
K
B
re
le P
O
p
ia M
PLANT LA YOUT 1. Letak tangki penyimpan bahan baku
√
√
- Tangki penyimpan diberi tanggul dengan kapasitas tanggul minimum 100% dari volume tangki
121
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun dan produk terhadap area proses
√
2. Heat Exchanger
3. Reaktor
√
√ √
4. Pompa
√
5. Menara Distilasi
√
√
6. Furnace
- Tangki penyimpan bahan baku ditempatkan di dekat dermaga untuk memudahkan proses loading/unloading - Tangki penyimpan produk diletakkan 500 m dari area proses agar ketika loading/unloading produk ke kendaraan tidak membahayakan area proses - Jarak antar tangki minimal 2 kali diameter tangki tersebut. - HE diletakkan di pinggir area proses, dengan ujung menghadap jalan - Bagian samping HE (arah memanjang) diberi ruang selebar min. 1,5 kali panjang HE untuk memberikan cukup tempat ketika pemisahan bundle tube terhadap shell pada waktu maintenance Jarak antar reaktor dan reaktor dengan alat proses lain minimal 2 kali diameter reaktor tersebut. - Pompa ditempatkan di area yang mudah dijangkau untuk memudahkan saat maintenance. - Jarak antara 2 pompa terdekat minimal 2 meter L/D menara distilasi yang relatif besar (3-7) mengakibatkan luas area yang ditempati menara distilasi harus memiliki panjang minimal 2L untuk mengantisipasi adanya gangguan berupa dorongan angin. Furnace diletakkan cukup jauh dari area tangki dan area proses lain karena dikhawatirkan akan membahayakan area lain pada saat terjadi masalah pada furnace.
LOKASI PROSES
1. Jarak antara area proses dengan gedung kantor
√
√
√
2. Jarak antara area proses dengan jalan raya 3. Jarak antara area proses dengan pemukiman penduduk
√
√
√
√
√
√
4. Keterbatasan kondisi geografis area pabrik terkait dengan: gempa, petir, banjir dan bencana alam lainnya.
√
√
Area proses dibangun 2 km dari gedung perkantoran, sehingga mengurangi resiko terhadap karyawan kantor dan memberikan waktu yang cukup untuk proses evakuasi. Area proses dibangun 2,5 km dari jalan raya, sehingga mengurangi resiko terhadap pengguna jalan raya. Area proses dibangun 6 km dari pemukiman penduduk terdekat, sehingga mengurangi resiko terhadap penduduk dan memberikan waktu yang cukup untuk proses evakuasi. Konstruksi : - Tahan terhadap gempa minimal 5 skala richter Elevasi : - alat yang memiliki ketinggian lebih dari 18 m dipasang penangkal petir.
Daftar X.7. Tabel Identifikasi Hazard Alat Utilitas Penyedia Air
122
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun B
Identifikasi hazard kondisi peralatan utilitas penyedia air
Hazard No
Peralatan
is na K
K
ni
m
t
p
u
l
ke
a
g
i
sa
na
is
u
is
Simbol
na na
ra
T
h S
g P
u
ti t
ve t
Keterangan
o E
u o
1
Kolam Ekualisasi
√
2
Bak Sedimentasi
√
3
Bak Koagulasi
√
4
Clarifier
√
5
Bak Penampung
√
Sementara
√
6
Sand Filter
7
Fitered Water Tank
8
Tangki Klorinasi
√
9
Bak Distribusi Air
√
10
Cooling Tower
√
√
Pengelolaan
√
√
11
Hot Water Basin
√
12
Cold Water Basin
√
P = 1 atm T =30oC P = 1 atm T =30oC P = 1 atm T =30oC P = 1 atm T =30oC P = 1 atm T =30oC P = 1 atm o
T =30 C P = 1 atm T =30oC P = 1 atm T =30oC P = 1 atm T =30oC
Dipasang level controller
Dipasang level controller
Dipasang level controller
Dipasang level controller
Dipasang level controller
-
Dipasang level controller
Dipasang level controller
Dipasang level controller
P = 1 atm
Dipasang temperature
T =30oC
controller
P = 1 atm T =30oC P = 1 atm o
T =30 C
Dipasang level controller
Dipasang level controller
123
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Daftar X.8. Tabel Analisis “What If” Utilitas Penyedia No
Alat
What If Question
Apa yang terjadi jika level cairan didalam kolam
1
Kolam Ekualisasi
meningkat? Apa yang terjadi jika level cairan didalam kolam menurun? Apa yang terjadi jika level cairan didalam bak
2
Bak Sedimentasi
meningkat? Apa yang terjadi jika level cairan didalam bak menurun? Apa yang terjadi jika level cairan didalam bak
3
Bak Koagulasi
meningkat? Apa yang terjadi jika level cairan didalam bak menurun? Apa yang terjadi jika level cairan didalam clarifier meningkat?
4
Clarifier
Apa yang terjadi jika level cairan didalam clarifier menurun?
Air
Penyebab
Akibat
Rekomendasi
PUA-02 mengalami
Dapat terjadi
Dipasangi level
trouble
overflow pada kolam
controller yang
Kolam kosong dan PUA-01 mengalami
mengakibatkan
trouble
kavitasi pada PUA02
terhubung pada valve keluar dan memasang pompa back-up
PUA-03 mengalami
Dapat terjadi
Dipasangi level
trouble
overflow pada bak
controller yang
Bak kosong dan PUA-02 mengalami
mengakibatkan
trouble
kavitasi pada PUA03
terhubung pada valve keluar dan memasang pompa back-up
PUA-04 mengalami
Dapat terjadi
Dipasangi level
trouble
overflow pada bak
controller yang
Bak kosong dan PUA-03 mengalami
mengakibatkan
trouble
kavitasi pada PUA04
terhubung pada valve keluar dan memasang pompa back-up
PUA-05 mengalami
Dapat terjadi
Dipasangi level
trouble
overflow pada bak
controller yang
Bak kosong dan PUA-04 mengalami
mengakibatkan
trouble
kavitasi pada PUA05
terhubung pada valve keluar dan memasang pompa back-up
124
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Apa yang terjadi jika level cairan didalam bak Bak 5
Penampung Sementara
meningkat? Apa yang terjadi jika level cairan didalam bak menurun? Apa yang terjadi jika level cairan didalam tangki
6
Fitered Water Tank
meningkat? Apa yang terjadi jika level cairan didalam tangki menurun? Apa yang terjadi jika level cairan didalam tangki
7
Tangki Klorinasi
meningkat? Apa yang terjadi jika level cairan didalam tangki menurun? Apa yang terjadi jika level cairan didalam bak
Bak 8
Distribusi Air
meningkat? Apa yang terjadi jika level cairan didalam bak menurun?
PUA-06 mengalami
Dapat terjadi
Dipasangi level
trouble
overflow pada bak
controller yang
Bak kosong dan PUA-05 mengalami
mengakibatkan
trouble
kavitasi pada PUA06
terhubung pada valve keluar dan memasang pompa back-up
PUA-08 mengalami
Dapat terjadi
Dipasangi level
trouble
overflow pada tangki
controller yang
Tangki kosong dan PUA-07 mengalami
mengakibatkan
trouble
kavitasi pada PUA07
terhubung pada valve keluar dan memasang pompa back-up
PUA-09 mengalami
Dapat terjadi
Dipasangi level
trouble
overflow pada tangki
controller yang
Tangki kosong dan PUA-08 mengalami
mengakibatkan
trouble
kavitasi pada PUA08
terhubung pada valve keluar dan memasang pompa back-up
PUA-10 mengalami
Dapat terjadi
Dipasangi level
trouble
overflow pada bak
controller yang
Bak kosong dan PUA-09 mengalami
mengakibatkan
trouble
kavitasi pada PUA09
terhubung pada valve keluar dan memasang pompa back-up
125
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Dipasangi temperature controller pada
9
Cooling Tower
Apa yang terjadi jika
Udara yang dijadikan
Perpindahan panas
temperatur air keluar
pendingin suhunya
pada proses tidak
cooling tower meningkat?
meningkat
berjalan optimal
aliran keluar cooling tower yang akan terhubung dengan fan yang mengalirkan udara pendingin
Apa yang terjadi jika level cairan didalam tangki
10
Hot Water Basin
Apa yang terjadi jika level
menurun? Apa yang terjadi jika level cairan didalam bak
11
Basin
Dapat terjadi
Dipasangi level
trouble
overflow pada kolam
controller yang
Pompa yang
Kolam kosong dan
mengalirkan air proses
mengakibatkan
ke hot water basin
kavitasi pada PUA-
tergamggu
02
PUA-13 mengalami
Dapat terjadi
Dipasangi level
trouble
overflow pada kolam
controller yang
meningkat?
cairan didalam tangki
Cold Water
PUA-12 mengalami
meningkat? Apa yang terjadi jika level
Kolam kosong dan
cairan didalam bak
PUA-11 mengalami
mengakibatkan
trouble
kavitasi pada PUA-
menurun?
02
terhubung pada valve keluar dan memasang pompa back-up
terhubung pada valve keluar dan memasang pompa back-up
Daftar X.9. Tabel Identifikasi Hazard Alat Utilitas Siklus Dowtherm C
Identifikasi hazard kondisi peralatan utilitas (siklus dowtherm)
Hazard No
Peralatan
is m
na K
K
t
p
u
l
ke
a
sa
na
is
u
is
Simbol
na na T
S
ti t
ve P
u
Keterangan
o
ra h
E
Pengelolaan
u o
126
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
1
Heat Exchanger
HEU-3;HEU-4
√
Daftar X.10. Tabel Analisis “What If” No
Alat
What If
Simbol
Question
Apa yang
1
Heat Exchanger
HEU-
terjadi jika suhu
3;HEU-
keluaran HE
4
menurun atau meningkat
Dipasang temperature
P=1,3 atm T=400oC
Utilitas Siklus Dowtherm
Penyebab
Terjadi gangguan (kenaikan atau penurunan) pada aliran dowtherm
controller dan isolator
Akibat
Rekomendasi
Dipasang temperature Sistem transfer
controller pada aliran keluar
panas dalam
HE yang terhubung dengan
siklus tidak
valve aliran masuk pendingin.
sesuai dengan
Dipasang pompa back-up
yang diharapkan
untuk seluruh pompa dalam siklus
Daftar X.11. Tabel Analisis Identifikasi Potensi Paparan Fisis Identifikasi potensi paparan fisis
Hazard
Kebisingan Panas
k
A
ka SI
a
B P
u T
Pengelolaan
ra re
il
Jenis Paparan
Keterangan
K
na
k u L
√ √
Dari kompressor Dari reaktor, flash drum, heat exchanger , agitating tank, switch condenser, menara distilasi
Operator harus menggunakan ear plug Operator harus menggunakan gloves dan wearpack
127
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
BAB XI ORGANISASI PERUSAHAAN A. STRUKTUR ORGANISASI PERUSAHAAN
Salah satu faktor yang menunjang kemajuan perusahaan adalah struktur organisasi yang digunakan dalam perusahaan tersebut. Hal ini disebabkan kelancaran perusahaan berhubungan dengan komunikasi yang terjadi di dalamnya. Organisasi perusahaan dibuat untuk memperjelas garis komando, sistem kerja, pembagian tugas, wewenang dan tanggung jawab sehingga tujuan perusahaan dapat dirumuskan dan dicapai dengan maksimal. Untuk memperlancar jalannya perusahaan, perlu dibuat struktur organisasi perusahaan sehingga pembagian tugas dan wewenang dari karyawan dapat dilaksanakan dengan baik. Jenjang jabatan organisasi perusahaan adalah sebagai berikut :
1. Direktur Utama ( President Director ) 2. Direktur Bidang (Vice President Director ) 3. Kepala Bagian (Senior Manager ) 4. Kepala Seksi ( Manager ) 5. Kepala Shift 6. Pegawai/Operator
Masing-masing fungsi mempunyai wewenang dan tugas yang berbeda sesuai dengan bidangnya. Semakin tinggi jabatan yang diduduki maka semakin luas pula tugas dan wewenang yang dimiliki. Tanggung jawab, tugas, serta wewenang tertinggi terletak pada pucuk pimpinan yang terdiri dari Direktur Utama dan Direktur Bidang yang disebut Dewan Direksi. Dalam struktur organisasi perusahaan, setiap bawahan hanya mempunyai satu garis tanggung jawab kepada atasannya dan setiap atasan hanya memiliki satu garis komando kepada bawahannya. Struktur organisasi perusahaan disajikan dalam bentuk diagram berikut ini :
128
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Direktur Utama
Direktur Keuangan & Administrasi
Direktur Teknik & Produksi
Kabag. Proses
Kabag. Maintenance
Kabag. Litbang. dan Mutu
Kabag. Keuangan & Pemasaran
Kasi. Proses
Kasi. Listrik & Instrumentasi
Kasi. Lab. dan Pengendalian Mutu
Kasi. Utilitas
Kasi. Pemeliharaan & Bengkel
Kasi. Penelitian & Pengembangan
Kasi. Keuangan
Kasi. Pemasaran
Kasi. HSE
Kabag. Administrasi
Kabag. Umum
Kasi. HRD
Kasi. Humas dan Keamanan
Kasi. Tata Usaha
Kasi. K3 dan Lingkungan Hidup
Kasi. Legal
Gambar XI.1. Struktur Organisasi Perusahaan
129
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun B. TUGAS DAN WEWENANG
1. Pemegang Saham Pemilik perusahaan adalah para pemegang saham. Pemegang saham merupakan sekelompok orang yang mengumpulkan modalnya untuk kepentingan pendirian dan berjalannya operasi perusahaan. Para pemegang saham berwenang : -
Mengangkat dan memberhentikan Dewan Komisaris
-
Mengangkat dan memberhentikan Direktur
-
Mengesahkan hasil-hasil usaha serta neraca perhitungan untung rugi tahunan dari perusahaan
2. Dewan Komisaris Dewan komisaris merupakan pelaksana tugas sehari-hari dari pemilik saham, sehingga dewan komisaris akan bertanggung jawab kepada peme gang saham. Tugas-tugas dewan komisaris meliputi : - Menilai dan menyetujui rencana direksi tentang kebijaksanaan umum, target perusahan, alokasi sumber-sumber dana dan pengarahan pemasaran. - Mengawasi tugas-tugas direksi - Membantu direksi dalam tugas-tugas penting
3. Dewan Direksi Direktur Utama merupakan pimpinan tertinggi dalam perusahaan dan bertanggung jawab sepenuhnya terhadap maju mundurnya perusahaan. Direktur Utama bertanggung jawab kepada Dewan Komisaris atas segala tindakan dan kebijaksanaan yang telah diambil sebagai pimpinan perusahaan. Direktur Utama membawahi Direktur Teknik dan Produksi serta Direktur Keuangan dan Umum.
a. Direktur Utama Tugas
:
- Pimpinan dan penanggung jawab tertinggi perusahaan, menentukan dan merumuskan kebijaksanaan perusahaan
130
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun mengenai sistem operasi, sumber daya manusia, dan perkembangan perusahaan. - Memimpin semua kegiatan pabrik secara keseluruhan, dan bertanggung jawab terhadap kelangsungan pabrik. - Mengangkat dan memberhentikan kepala bagian dengan persetujuan rapat pemegang saham. Pendidikan
: Magister (minimal S-2)
Jumlah
: 1 orang
b. Direktur Bidang Teknik dan Produksi Tugas
:
Memimpin
pelaksanaan
berhubungan
dengan
kegiatan bidang
pabrik
teknik,
yang
produksi,
pemeliharaan alat, penyediaan bahan baku laboratorium, dan pengembangan. Pendidikan
: Sarjana Teknik Kimia (minimal S-1)
Jumlah
: 1 orang
c. Direktur Keuangan dan Administrasi Tugas
:
Bertanggung jawab terhadap masalah-masalah pabrik yang
berhubungan
dengan
administrasi,
keuangan,
hubungan masyarakat, dan hal umum lainnya. Pendidikan
:
Sarjana Ekonomi (minimal S-1)
Jumlah
:
1 orang
Direktur Teknik dan Produksi dibantu oleh 3 orang Kepala Bagian : 1. Kepala Bagian Maintenance Tugas
:
Bertanggung jawab terhadap pengelolaan pabrik secara teknis yang meliputi pemeliharaan alat, bengkel, gudang, dan perlengkapannya.
Pendidikan
: Sarjana Teknik Mesin
Jumlah
: 1 orang
Kepala Bagian Teknik membawahi 2 Kepala Seksi, yaitu : a. Kepala Seksi Listrik dan Instrumentasi
131
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun b. Kepala Seksi Pemeliharaan dan Bengkel
2. Kepala Bagian Produksi Tugas
: Bertanggung jawab atas jalannya operasi pabrik seharihari serta menjaga kelangsungan proses produksinya.
Pendidikan
: Sarjana Teknik Kimia
Jumlah
: 1 orang
Kepala Bagian Produksi membawahi 3 Kepala Seksi, yaitu : a. Kepala Seksi Proses b. Kepala Seksi Utilitas c. Kepala Seksi HSE
3. Kepala Bagian Penelitian, Pengembangan dan Pengendalian Mutu Tugas
: Memimpin aktivitas laboratorium, pengendalian mutu, penelitian, dan pengembangan.
Pendidikan
: Sarjana Teknik Kimia
Jumlah
: 1 orang
Kepala Bagian Penelitian dan Pengembangan membawahi 2 Kepala Seksi, yaitu : a. Kepala Seksi Laboratorium dan Pengendalian Mutu b. Kepala Seksi Penelitian dan Pengembangan
Direktur Keuangan dan Administrasi dibantu oleh 3 Kepala Bagian, yaitu : 1. Kepala Bagian Keuangan dan Pemasaran Tugas
: Memimpin pengelolaan bidang keuangan dan pemasaran, termasuk pembelian bahan baku, bahan pembantu, dan penjualan hasil.
Pendidikan
: Sarjana Ekonomi
Jumlah
: 1 orang
Kepala Bagian Keuangan dan Pemasaran membawahi 2 Kepala Seksi, yaitu : a. Kepala Seksi Keuangan b. Kepala Seksi Pemasaran
132
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 2. Kepala Bagian Administrasi Tugas
: Mengelola bidang administrasi pabrik, personalia, dan tata usaha.
Pendidikan
: Sarjana Ekonomi/Psikologi
Jumlah
: 1 orang
Kepala Bagian Administrasi membawahi 2 Kepala Seksi, yaitu : a. Kepala Seksi Human Research Development (HRD) b. Kepala Seksi Tata usaha
3. Kepala Bagian Umum Tugas
: Mengelola bidang hubungan masyarakat, keamanan, dan kesejahteraan karyawan.
Pendidikan
: Sarjana Hukum/Sospol
Jumlah
: 1 orang
Kepala Bagian Umum membawahi 3 Kepala Seksi, yaitu : a. Kepala Seksi Hubungan Masyarakat dan Keamanan b. Kepala Seksi Keselamatan dan Kesehatan Kerja (K3) c. Kepala Seksi Legal
Berikut adalah job description untuk jabatan Kepala Seksi dan Karyawan dari masing-masing bagian dalam perusahaan : 1. Kepala Seksi Proses Tugas
: Memimpin langsung serta memantau kelancaran proses produksi
Pendidikan : Sarjana Teknik Kimia / Teknik Mesin Jumlah
: 1 orang
Bawahan
: 3 orang staf 1 (S1 Teknik Kimia) 4 orang kepala shift (D3 Teknik Mesin) 36 orang operator proses (SMA/SMK/D3) 3 orang staf 2 (SMK/D3)
133
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 2. Kepala Seksi Utilitas Tugas
: Bertanggung jawab terhadap penyediaan air, steam, bahan bakar, dan udara tekan baik untuk proses maupun instrumentasi
Pendidikan : Sarjana Teknik Kimia / Teknik Mesin Jumlah
: 1 orang
Bawahan
: 3 orang staf 1 (S1 Teknik Kimia) 4 orang kepala shift (D3 Teknik Mesin) 34 orang operator utilitas (SMA/SMK/D3) 3 orang staf 2 (SMK/D3)
3. Kepala Seksi HSE Tugas
: Bertanggung jawab terhadap keselamatan dan kesehatan baik dari sisi proses maupun lingkungan
Pendidikan : Sarjana Teknik Kimia Jumlah
: 1 orang
Bawahan
: 2 orang staf 1 (S1 Teknik Kimia) 2 orang staf 2 (SMK/D3)
4. Kepala Seksi Pemeliharaan dan Bengkel Tugas
: Bertanggung jawab terhadap kegiatan perawatan dan penggantian alat-alat serta fasilitas pendukungnya
Pendidikan : Sarjana Teknik Kimia / Teknik Mesin Jumlah
: 1 orang
Bawahan
: 4 orang staf 2 (SMK/D3 Mesin)
5. Kepala Seksi Listrik dan Instrumentasi Tugas
: Bertanggung jawab terhadap penyediaan listrik serta alat-alat instrumentasi
Pendidikan : Sarjana Teknik Kimia / Teknik Mesin Jumlah
: 1 orang
Bawahan
: 4 orang staf 2 (SMK/D3 Elektro)
134
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 6. Kepala Seksi Penelitian dan Pengembangan Tugas
: Mengkoordinir kegiatan yang berhubungan dengan peningkatan produksi dan efisiensi proses secara keseluruhan
Pendidikan : Sarjana Teknik Kimia Jumlah
: 1 orang
Bawahan
: 2 orang staf 1 (S1 Teknik Kimia / Teknik Mesin) 2 orang staf 2 (D3 Teknik Kimia / Teknik Mesin)
7. Kepala Seksi Laboratorium dan Pengendalian Mutu Tugas
: Menyelenggarakan pemantauan hasil (mutu) dan pengolahan limbah
Pendidikan : Sarjana Teknik Kimia Jumlah
: 1 orang
Bawahan
: 4 orang kepala shift (S1 Teknik Kimia / MIPA Kimia) 12 orang laboran (D3 MIPA / Analitik)
8. Kepala Seksi Keuangan Tugas
: Bertanggung jawab terhadap pembukuan serta hal-hal yang berkaitan dengan keuangan perusahaan
Pendidikan : Sarjana Ekonomi / Akuntansi Jumlah
: 1 orang
Bawahan
: 2 orang staf 1 (S1/D3 Ekonomi / Akuntansi) 2 orang staf 2 (SMK/D3 Akuntansi)
9. Kepala Seksi Pemasaran Tugas
: Mengkoordinasi kegiatan pemasaran produk dan pengadaan bahan baku pabrik
Pendidikan : Sarjana Ekonomi Jumlah
: 1 orang
Bawahan
: 2 orang staf I (S1/D3 Ekonomi / Akuntansi / Manajemen) 2 orang staf 2 (SMK/D3 Manajemen)
135
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 10. Kepala Seksi Tata Usaha Tugas
: Bertanggung jawab terhadap kegiatan yang berhubungan dengan rumah tangga perusahaan serta tata usaha kantor
Pendidikan : Sarjana Hukum / Ekonomi Jumlah
: 1 orang
Bawahan
: 2 orang staf I (D3 Manajemen Perusahaan) 2 orang staf 2 (SMK/D3 Administrasi)
11. Kepala Seksi HRD Tugas
: Mengkoordinasi kegiatan yang berhubungan dengan kepegawaian
Pendidikan: Sarjana Hukum / Psikologi Jumlah
: 1 orang
Bawahan : 3 orang staf I (D3 Komunikasi/Psikologi)
12. Kepala Seksi Humas dan Keamanan Tugas
: Menyelenggarakan kegiatan yang berkaitan dengan relasi perusahaan, pemerintah dan masyarakat serta mengawasi langsung masalah keamanan perusahaan
Pendidikan: Sarjana Hukum / Psikologi / Komunikasi Jumlah
: 1 orang
Bawahan : 2 orang staf 1 (S1/D3 Komunikasi) 2 orang staf 2 (kepala regu keamanan) 16 orang satpam
13. Kepala Seksi Kesehatan dan Keselamatan Kerja Tugas
: Bertanggung jawab terhadap masalah kesehatan karyawan dan keluarga serta menangani masalah keselamatan kerja dalam perusahaan
Pendidikan: Sarjana Kedokteran Umum/Kesehatan Masyarakat Jumlah
: 1 orang
Bawahan : 2 orang staf 1 (S1/D3 Kesehatan Masyarakat) 2 orang staf 2 (D3 Akper)
136
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 14. Kepala Seksi Legal Tugas
: Bertanggung jawab terhadap dokumen dan perizinan perusahaan serta menangani masalah hukum, baik pidana maupun perdata, secara internal atau eksternal
Pendidikan: Sarjana Hukum Jumlah
: 1 orang
Bawahan : 2 orang staf 1 (S1/D3 Hukum) C. JAM KERJA KARYAWAN
Pabrik selulosa asetat beroperasi selama 24 jam sehari dan 330 hari dalan setahun. Jam kerja karyawan dibedakan menjadi 2, yaitu : a. Sistem Non Shift ( Normal Day) Sistem
ini biasanya berlaku untuk karyawan yang bekerja di kantor.
Karyawan non shift bekerja 5 hari seminggu dan libur pada hari Sabtu, Minggu, dan hari besar, dengan jam kerja sebagai berikut : Hari Senin s.d. Kamis
: Jam kerja Istirahat
Hari Jumat
: Jam kerja Istirahat
: 07.00 – 16.00 : 12.00 – 13.00 : 07.30 – 16.00 : 11.30 – 13.00
b. Sistem Shift Sistem ini biasanya berlaku untuk karyawan yang bertugas di unit Produksi dan Laboratorium Produksi. a.
b.
Shift Operasi, dibagi tiga : -
Shift pagi
: 07.00 – 15.00
-
Shift sore
: 15.00 – 23.00
-
Shift malam
: 23.00 – 07.00
Shift Sekuriti, dibagi tiga : - Shift pagi
: 06.00 – 14.00
- Shift sore
: 14.00 – 22.00
- Shift malam
: 22.00 – 06.00
Karyawan Shift terdiri atas 4 kelompok, yaitu A, B, C dan D. Dalam satu hari kerja, hanya 3 kelompok yang masuk, sehingga ada 1 kelompok yang
137
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun libur. Tiap kelompok bekerja enam hari dan libur dua hari. Jadwal pembagian kerja (siklus) shift selama 10 hari tersaji dalam tabel berikut (siklus berulang setiap 8 hari) :
Daftar XI.1. Jadwal Pembagian Kerja Tiap Shift Shift
Hari ke1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
I
A
A
D
D
C
C
B
B
A
A
II
B
B
A
A
D
D
C
C
B
B
III
C
C
B
B
A
A
D
D
C
C
Libur
D
D
C
C
B
B
A
A
D
D
Cuti Tahunan
Karyawan mempunyai hak cuti tahunan selama 12 hari setiap tahun. Bila dalam waktu 1 tahun hak cuti tersebut tidak dipergunakan, maka hak tersebut dapat diganti dengan imbalan finansial. Hari Libur Nasional
Bagi karyawan harian (non-shift ), hari libur nasional dianggap hari libur. Sedangkan bagi karyawan shift , hari libur nasional tetap masuk kerja dengan catatan pada hari tersebut diperhitungkan sebagai kerja lembur. Kerja Lembur ( Over Time)
Kerja lembur dapat dilakukan apabila ada keperluan mendesak dan atas persetujuan kepala bagian.
D. STRUKTUR PENGGAJIAN KARYAWAN
Penggolongan jabatan, jumlah karyawan dan gaji pada perusahaan selulosa asetat ini dapat dilihat pada tabel berikut:
138
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Daftar XI.2. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, Pendidikan dan Gaji Jabatan
Jumlah
Pendidika n min.
Gaji/bulan,
Total/bulan,
Total/ tahun
Rp.
Rp.
Rp.
Direktur Utama
1
S-2
25.000.000,00
25.000.000,00
300.000.000,00
Direktur Bidang
2
S-1
18.000.000,00
36.000.000,00
432.000.000,00
Kepala Bagian
6
S-1
12.500.000,00
75.000.000,00
900.000.000,00
Kepala Seksi
14
S-1
8.500.000,00
119.000.000,00
1.428.000.000,00
Kepala Shift
12
S-1 / D-3
7.500.000,00
90.000.000,00
1.080.000.000,00
Pegawai Staf 1
18
S-1 / D-3
5.000.000,00
90.000.000,00
1.080.000.000,00
Operator Proses
37
3.500.000,00
129.500.000,00
Operator Utilitas
34
3.500.000,00
119.000.000,00
Laboran
12
3.000.000,00
36.000.000,00
Pegawai Staf 2
26
SMK/D3
3.000.000,00
78.000.000,00
936.000.000,00
Security
16
SMA
2.500.000,00
40.000.000,00
480.000.000,00
Clerk
15
SMP
2.400.000,00
36.000.000,00
432.000.000,00
TOTAL
193
873.500.000,00
10.482.000.000,00
SMA/SM K/D3 SMA/SM K/D3 SMA/SM K/D3
1.554.000.000,00 1.428.000.000,00 432.000.000,00
139
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB XII EVALUASI EKONOMI
Perhitungan evaluasi ekonomi meliputi : 1. Modal Tetap ( Fixed Capital Investment ) 2. Biaya Produksi ( Manufacturing Cost ) a. Biaya Produksi Langsung ( Direct Manufacturing Cost ) b. Biaya Produksi Tidak Langsung ( Indirect Manufacturing Cost ) c. Biaya Produksi Tetap ( Fixed Manufacturing Cost ) 3. Modal Kerja (Working Capital ) 4. Pengeluaran Umum (General Expense) 5. Analisa Keuntungan 6. Analisa Kelayakan Dalam analisa ekonomi, semua harga diperhitungkan sesuai dengan harga pada tahun evaluasi (tahun pabrik akan didirikan). Indeks harga yang digunakan adalah Chemical Plant Cost Index (CEP Index). Dengan data nilai CEP yang diperoleh dari che.com. Daftar XII.1. Data Nilai Chemical Plant Cost Index (CEP Index) Tahun 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981
CEP 102,4 103,3 104,2 107,2 109,7 113,7 119 125,7 132,3 137,2 144,1 165,4 182,4 192,1 204,1 218,8 238,7 261,2 297
Tahun 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
CEP 314 316,9 322,7 325,3 318,4 323,8 342,5 355,4 357,6 361,3 358,2 359,2 368,1 381,1 381,7 386,5 389,5 390,6 394,1
Tahun 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
CEP 394,3 395,6 401,7 444,2 468,2 499,6 525,4 575,4 521,9 550,8 585,7 584,6 561,034 570,683 580,332 589,981 599,63 609,278
140
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Diperkirakan pada tahun 2018, pabrik akan selesai dibangun. Annual index pada tahun 2018 diperoleh dengan cara ekstrapolasi. 700 600
y = 9,6482x - 18861
500 P E C
400 300 200 100 0 1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
2030
Tahun
Gambar XII.1. Ekstrapolasi Nilai CEP untuk Tahun Berdirinya Pabrik
Dari hasil ekstrapolasi diperoleh indeks harga pada tahun 2018 adalah sebesar 609,28. Perkiraan harga peralatan pada tahun evaluasi dihitung dengan persamaan: Harga alat pada tahun 2017
E X
609,28
N X
(1)
(Aries dan Newton, 1955)
PERHITUNGAN EVALUASI EKONOMI
Perhitungan pekerja berdasarkan pada:
95% pekerja Indonesia dan 5% pekerja asing
Upah pekerja Indonesia
= Rp 20.000/man hour
Upah pekerja asing
= $ 20/man hour
1 man hour asing
= 3 man hour Indonesia
Nilai kurs $1
= Rp 10.000
141
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun A. MODAL TETAP (F ixed Capital Cost ) 1. Harga Alat Proses (semua alat di-import ) Daftar XII.2. Harga Alat Proses Utama
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Nama Alat Tangki O-xylene Vaporizer Flash Drum Furnace Reaktor Switch Condenser Akumulator Aging Tank Menara Distilasi1
Jumlah
Referensi Harga
3
Fig. 14.56 Timmerhaus Fig.15.15 Timmerhaus Fig. 14.56 Timmerhaus Fig. 15.30 Timmerhaus matche.com
2
matche.com
1 1 1 1
1 3 1
Fig. 14.56 Timmerhaus Fig. 16.35 Timmerhaus Fig. 16.24-26 Timmerhaus
10
Menara Distilasi2
1
Fig. 16.24-26 Timmerhaus
11
CD-01
1
matche.com
Ukuran Satuan 3553,20 gal 485,90 ft2 1740,71 gal 45,50 MMBTU 93244,32 ft2 24419,52
ft2
700,06 gal 58883,66 16,00 5739,00 25,00 8968,00 486,71
gallon stage lb stage lb ft2
Harga Satuan, $ 1990 2018
Total Harga, US $
28250
48132
48132
11500
19594
19594
8700
14823
14823
850000
1448229
1448229
3000669
3479716
10439148
531783
616680
1233360
7000
11927
11927
220000
374836
1124507
96960
165200
165200
99325
169230
169230
106300
106300
142
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
12 13 14 15 16
CD-02 RB-01 RB-02 Cooler Flaker
1 1 1 1 1
matche.com matche.com matche.com matche.com Fig. 16.29 Timmerhaus
17
Conveyor
2
matche.com
18 20
Elevator Bin
1 2
matche.com matche.com Fig. 14.45 Timmerhaus Fig. 14.39 Timmerhaus Fig. 14.39 Timmerhaus Fig. 14.39 Timmerhaus Fig. 14.40 Timmerhaus
21 22 23 24
Kompresor Pompa 1 Pompa 2 Pompa 3
2 2 2 2
25
Pompa 4
2
26
Pompa 5
2
Fig. 14.40 Timmerhaus
27
Pompa 6
2
Fig. 14.40 Timmerhaus
306,38 617,69 159,56 139,31 47,04 30,00 18,00 25,00 10479,71
79500 100500 40000 34700
79500 100500 40000 34700
107339
107339
14600
29200
10393 17900
10393 35800
54600
109200
33500
57077
114155
33500
57077
114155
38000
64744
129489
1220
2079
4157
1220
2079
4157
1600
2726
5452
ft2 ft2 ft2 ft2 ft2 ft inci ft gallon
63000
6100
7,50 HP 53,64 gal/menit 53,64 gal/menit 60,92 1,90 33,50 32,21 48,80 37,73 85,74
gal/menit gal/menit ft gal/menit ft gal/menit ft
Total
15698647
143
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Daftar XII.3. Perhitungan Delivered Equipment Cost
Rp
a Purchased Equipment Cost (PEC) b Ongkos import (15% PEC)
$
15.698.647,17 2.354.797,07
c
Pajak masuk (5% PEC) 7.849.323.582,78
d
Transportasi ke lokasi 7.849.323.582,78
Delivered E quipment Cost (DEC) (a+b+c+d)
15.698.647.165,56
18.053.444,24
Delivered E quipment Cost (DEC) dalam US $
19.623.308,96
2. Ongkos Instalasi Daftar XII.4. Perhitungan Instalasi Alat Proses Utama Rp $
a
Material (11% PEC) 1.726.851,19
b Labor (32% PEC) Upah buruh asing 251.178,35 Upah buruh Indonesia
14.317.166.214,99
Total
14.317.166.214,99
1.978.029,54
3. Ongkos Pemipaan Daftar XII.5. Perhitungan Instalasi Pemipaan Pabrik Rp
$
A Material (36% PEC) 5.651.512,98 B Labor (30% PEC) Upah buruh asing 235.479,71 Upah buruh Indonesia
13.422.343.326,55
Total
13.422.343.326,55
5.886.992,69
144
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 4. Ongkos Instrumentasi Daftar XII.6. Perhitungan Instalasi Instrumentasi Rp
$
A Material (12% PEC) 1.883.837,66 B Labor (3% PEC) Upah buruh asing
23.547,97
Upah buruh Indonesia Total
1.342.234.332,66 1.342.234.332,66
1.907.385,63
5. Ongkos Isolasi Daftar XII.7. Perhitungan Instalasi Isolasi Rp
$
A Material (3% PEC) 470.959,41 b Labor (5% PEC) Upah buruh asing 39.246,62 Upah buruh Indonesia Total
2.237.057.221,09 2.237.057.221,09
510.206,03
6. Ongkos Instalasi listrik Daftar XII.8. Perhitungan Instalasi Listrik Rp
a Material (7% PEC) b Labor (5% PEC) Upah buruh asing Upah buruh Indonesia Total
$ 1.098.905,30
39.246,62 2.237.057.221,09 2.237.057.221,09
1.138.151,92
145
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 7. Ongkos pembelian tanah dan perbaikan Daftar XII.9. Perhitungan Pembelian Tanah untuk Pembangunan Pabrik Rp
a
Harga tanah 1.000.000/m2 (rumahdijual.com) Luas tanah 30.000 m2 Ongkos tanah total
30.000.000.000
b Perbaikan (10% ongkos tanah total) 3.000.000.000 33.000.000.000
Total
8. Ongkos pembuatan bangunan dan perlengkapan Daftar XII.10. Perhitungan Pembelian Bangunan untuk Pembangunan Pabrik Rp
Harga bangunan 1.800.000/m2 Luas bangunan 25.000 m2 A Jumlah Biaya Bangunan & Perlengkapan Total
45.000.000.000,00 45.000.000.000,00
146
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 9.
No
Utilitas
Nama Alat
Jumlah
1
Bak Penampung dan pengendap awal
1
2
Premix Tank
1
3
Tangki Larutan Alum
1
4
Tangki Larutan Ca(OH)2
1
5
1
7
Clarifier Bak Penampung Sementara Sand Filter
8
Filtered Water Tank
1
9
Cooling tower
2
10
Hot Basin
1
11
Cold basin
1
6
Daftar XII.11. Perhitungan Harga Alat Utilitas Harga satuan US$ Referensi Harga Satuan Harga 1990 2018
fig.14.56 Timmerhaus fig.14.56 Timmerhaus fig.14.56 Timmerhaus metchem.com
1 2
12
Tangki Klorinasi
1
13
Bak Distribusi
1
14
Tangki kaporit
1
metchem.com fig.14.56 Timmerhaus fig. B-6 Timmerhaus
fig.14.56 Timmerhaus fig.14.56 Timmerhaus fig.14.56 Timmerhaus
532,00
m3
976,21
gal
256,86
gal
256,86
gal
162,38
gpm
44,24
m3
88,47
m3
11686,23
gal
1796,53
gpm
940,11
m3
940,11
m3
2008,04
gal
48192,91
gal
1204,82
gal
Total Harga, US$
Total Harga, Rp 35285000
16000
27261
27261
8200
13971
13971
8200
13971
13971
76800
76800 2934041
17900
35800
22000
37484
37484
88000
149934
299869 62353204 62353204
21000
35780
35780
60000
102228
102228
8500
14482
14482
147
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
15
PUA-1
2
fig.14.40 Timmerhaus
194,77
16
PUA-2
2
fig.14.40 Timmerhaus
194,77
17
PUA-3
2
fig.14.40 Timmerhaus
194,77
18
PUA-4
2
fig.14.40 Timmerhaus
194,77
19
PUA-5
2
fig.14.40 Timmerhaus
194,77
20
PUA-6
2
fig.14.40 Timmerhaus
194,77
21
PUA-7
2
fig.14.40 Timmerhaus
12,35
22
PUA-8
2
fig.14.40 Timmerhaus
12,35
23
PUA-9
2
fig.14.40 Timmerhaus
12,35
24
PUA-10
2
fig.14.40 Timmerhaus
172,47
25
PUA-11
2
fig.14.40 Timmerhaus
4139,20
26
PUA-12
2
fig.14.40 Timmerhaus
39,81
gpm
145,42 ft gpm
7,85 ft gpm
60,33 ft gpm
6,21 ft gpm
9,49 ft gpm
19,33 ft gpm
14,48 ft gpm
23,00 ft gpm
70,03 ft gpm
12,77 ft gpm
20,18 ft gpm
52,06 ft
3280
5588
11177
2096
3571
7142
2912
4961
9923
2096
3571
7142
2096
3571
7142
2096
3571
7142
1104
1881
3762
1376
2344
4689
1952
3326
6652
2096
3571
7142
4150
7071
14142
1220
2079
4157
148
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
27
PUA-13
2
fig.14.40 Timmerhaus
161,98
28
PUA-14
2
fig.14.40 Timmerhaus
632,65
29
PUA-15
2
fig.14.40 Timmerhaus
544,60
30
PUA-16
2
fig.14.40 Timmerhaus
3241,31
31
PUA-17
2
fig.14.40 Timmerhaus
386,76
32
Pompa Sungai
2
matche.com
33
HEU-1
1
34
PU-01
2
35
Tangki Molten Salt
1
36
Tangki Oilterm
1
37
HEU-02, shell and tube
1
matche.com fig. 14.39 Timmerhaus fig.14.56 Timmerhaus fig.14.56 Timmerhaus matche.com
38
PU-02
4
fig.14.40 Timmerhaus
39
PU-03
2
fig. 14.39 Timmerhaus
40
PU-04
2
gpm
14,30 ft gpm
8,36 ft gpm
14,25 ft gpm
5,19 ft gpm
18,77 ft 857,55
1310
2232
4464
2745
4677
9354
2510
4277
8553
4150
7071
14142
2030
3459
6917
16200
32400
1100
1100
13000
22149
44299
80000
136304
136304
62000
105636
105636
302800
302800
2230
3799
15198
30000
51114
102228
2510
4277
8553
gpm
492,00 ft 3,99
ft2
8,89
gpm
85409,65
gal
43586,61
gal
4098,40 ft2 351,39
gpm
94,82 ft 71,50
gpm
631,24
gpm
149
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
41
PU-05
2
42
PU-07
2
43
PU-08
44
fig.14.40 Timmerhaus fig. 14.39 Timmerhaus
19,68
ft 110000
187418
374836
890
1516
3033
890
1516
3033
890
1516
3033
890
1516
3033
ft2
25400
74,64 ft2
3000
25400 3000
12000
20446
20446
80000
136304
136304
19000
32372
32372
100000
100000
25557
25556,97987
Total
2269850
691,22
m3/jam
fig.14.40 Timmerhaus
44,87
m3/jam
2
fig.14.40 Timmerhaus
44,87
PU-09
2
fig.14.40 Timmerhaus
44,87
45
PU-10
2
fig.14.40 Timmerhaus
44,87
46
HEU-3
1
matche.com
223,92
47
HEU-4
1
48
Tangki Dowterm
1
49
Kompresor udara
1
50
Tangki Udara
1
51
Generator Diesel
1
52
Tangki Solar
1
matche.com fig.14.56 Timmerhaus Fig. 14.45 Timmerhaus fig.14.56 Timmerhaus Krisbow fig.14.56 Timmerhaus
20,37 ft m3/jam
20,37 ft m3/jam
20,37 ft m3/jam
20,37 ft
2265,62 475,51 1629,94 1000 5140,4
gallon gpm gallon kW gallon
15000
162925449
150
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Daftar XII.12. Perhitungan Instalasi Utilitas
Rp
Harga alat utilitas yang dibuat ditempat b Harga alat yang diimpor c Biaya transportasi sampai ke lokasi (20% harga impor + 5% harga utilitas dalam Rp) Instalasi d Material (11% PEC-Ut)
$
a
162.925.449,05 2.269.850,18
567.462,54
17.921.799,4
249.683,52
e Labor (32% PEC-Ut) Upah buruh asing 36.578,28 Upah buruh Indonesia
2.084.962.164,18
Total
2.265.809.412,63
3.123.574,53
F I XED CAPI TAL COST Daftar XII.13. Rangkuman Perhitungan Fixed Capital Cost
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Komponen Delivered Equipment Cost Installation Piping Instrumentation Insulation Electrical Pembelian tanah dan perbaikan Bangunan dan perlengkapan Utilities Total Cost PHYSI CAL PLANT COST (PPC) 10 Eng. and Construction (20%PPC) DI RE CT PLANT COST (DPC) (9+10) 11 Contractor’s fee (5% DPC) 12 Contingency (15% DPC)
F I XED CAPI TAL COST (FCC) (DPC+11+12) FCC dalam Rupiah saja FCC dalam Dollar saja
Rp
$ 19.623.308,96 1.978.029,54 5.886.992,69 1.907.385,63 510.206,03 1.138.151,92
14.317.166.214,99 13.422.343.326,55 1.342.234.332,66 2.237.057.221,09 2.237.057.221,09 33.000.000.000,00 45.000.000.000,00 2.265.809.412,63 113.821.667.729,01 22.764.333.545,80
3.123.574,53 34.167.649,30 6.833.529,86
136.586.001.274,82
41.001.179,16
6.829.300.063,74 20.487.900.191,22 163.903.201.529,78
2.050.058,96 6.150.176,87 49.201.414,99
655.917.351.404,97 65.591.735,14
151
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun SALES
No
1
Jenis Material Phthalic Anhydride
Daftar XII.14. Perhitungan Penjualan Produk Jumlah, Harga Referensi Harga ton/tahun satuan
80.000
Total Harga, US$
$ Globalchemicalprice.com 1,07/kg
85.561.355,88
B. BIAYA PRODUKSI ( Manufacturing Cost )
Pabrik selulosa asetat ini beroperasi selama 24 jam sehari dan 330 hari dalam setahun. 1. Direct Manufacturi ng Cost
a.
Harga Bahan Dasar ( Raw Material ), semua bahan diimpor. Daftar XII.15. Perhitungan Direct Manufacturing Cost
N o
Jenis Material
1
o-xylene
2
Dowtherm
3
Molten Salt
Jumla h, kg/jam
Mobiloilther m Total Raw Material 4
b.
Harga satuan
Referensi Harga
9753,8 $ Globalchemicalprice.com 5 0,35/kg 0,45 $ 3/kg Alibaba.com 7,50 $0,97/k Nrel.gov g 7,34 $2,5/kg Mobiloil.com
Harga per tahun $
27.037.672,00 10.758,53 57.618,00 145.375,56 27.251.424,29
Buruh (operating labor ) Kebutuhan buruh untuk Proses utama : Daftar XII.16. Perhitungan Operating Labor untuk Proses Utama Jumlah Operator/unit Alat Operator/shift Unit shift
Vaporizer Furnace Flash Drum Reaktor Switch Condenser Akumulator Aging Tank Menara Distilasi Kondenser
1 1 1 3 2 1 3 2 2
0,05 0,5 0,2 0,5 1 1 0,5 0,5 0,05
0,05 0,5 0,2 1,5 2 1 1,5 1 0,1
152
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Reboiler Heat Exchanger Flaker Conveyor Kompresor Laboran
2 1 1 2 1
0,05 0,1 0,5 0,2 0,2
0,1 0,1 0,5 0,4 0,2 3 9,15
Total
Kebutuhan buruh untuk utilitas : Daftar XII.17. Perhitungan Operating Labor untuk Utilitas
Alat
Air plant Generator Cooling Tower Water treatment UPL Refrigeration
Jumlah Unit 1
Operator/unit shift 0,5
1 2 1 1 3
0,5 1 2 2 0,5
Operator/shift
0,5 0,5 2 2 2 1,5 8,5
Total
Jumlah operator/ shift = 17,65 orang Jumlah shift
=4
Jumlah operator
= 17,65 x 4 = 71 orang
Jumlah pegawai selain supervisi = 69 Gaji operator
= Rp 3.500.000/bulan
Total Labor Cost
= (71+69) x Rp 2.000.000 x 12 = Rp 5.262.000.000,00/tahun
Total Gaji Karyawan = Rp 10.482.000.000,00
Daftar XII.18. Perhitungan Supervisi, Maintenance Cost , Plant Supplies, Royalties dan Patent
c Supervisi (15% Labor Cost ) d Maintenance cost (6% FCI) e Plant Supplies (15% Maintenance cost ) f Royalties and patent (1% Sales)
Rp 789.300.000,00 9.834.192.091,79 1.475.128.813,77
$
2.952.084,90 442.812,73
25.668.406.764,00
153
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
g. Utilitas Daftar XII.19. Perhitungan Kebutuhan Material Utilitas
No
Jenis Material
1
V2O5
2
Tawas
3
Kaporit
4
Fuel Oil
5
Listrik
Jumlah
17.400,29 kg/tahun 14.001,39 kg/tahun 1320 kg/tahun 504.504,00 kg/tahun 2.415.996 KWh
Harga satuan, Rp/kg
Total Harga, Rp
57.420,96
$3,3/kg 8.300 15.500 7.028 1.115 Total
Total Harga, $
25.202.500,00 20.460.000,00 3.545.581.395,00 2.693.835.540,0 6.306.081.517,89
57.420,96
2. I ndirect Manufacturing Cost Daftar XII.20. Perhitungan Kebutuhan Indirect Manufacturing Cost
a b. c. d.
Payroll overhead (20% Labor cost ) Laboratory (10% Labor cost ) Plant overhead (50% Labor cost ) Packaging and Shipping (10% Sales)
Rp 1.052.400.000,00 526.200.000,00 2.631.000.000,00 25.668.406.764,00
3. F ixed Manufacturing Cost Daftar XII.21. Perhitungan Kebutuhan Fixed Manufacturing Cost
a. Depresiasi (10% FCC) b. Property tax (2% FCC) c. Insurance (1% FCC)
Rp 16.390.320.152,98 4.917.096.045,89 1.639.032.015,30
$ 4.920.141,50 1.476.042,45 492.014,15
154
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
MAN UF ACTUR I NG COST Daftar XII.22. Rangkuman Perhitungan Manufacturing Cost
No. 1 2 3 4 5 6 7
Komponen Harga Bahan Dasar Buruh (Operating Labor ) Supervisi Maintenance cost Plant Supplies Royalties and patent Utilitas
Direct Manufacturing Cost 8 9 10 11
Payroll overhead Laboratory Plant overhead Packaging and Shipping
I ndirect Manufacturing Cost 12 Depresiasi 13 Property tax 14 Insurance
F ixed Manufacturing Cost MA NUF ACTUR I NG COST (MC)
Rp
$ 27.251.424,29
5.262.000.000,00 789.300.000,00 9.834.192.091,79 1.475.128.813,77 25.668.406.764,00 6.306.081.517,89 49.335.109.187,45 1.052.400.000,00 526.200.000,00 2.631.000.000,00 25.668.406.764,00 29.878.006.764,00 16.390.320.152,98 4.917.096.045,89 1.639.032.015,30 22.946.448.214,17 102.159.564.165,62
2.952.084,90 442.812,73 57.420,96 30.703.742,88
4.920.141,50 1.476.042,45 492.014,15 6.888.198,10 37.591.940,98
C. MODAL KERJA (Working Capital) Daftar XII.23. Rangkuman Perhitungan Working Capital
Rp
1 Raw Material Inventory Kebutuhan bahan baku selama 1 bulan 2 In Process Inventory Lama bahan di dalam proses diperkirakan 24 jam 3 Product Inventory Lama penyimpanan = 1 bulan Biaya = 1 bulan MC 4 Extended Credit Berupa cadangan kredit untuk customer selama 1 bulan Biaya = sales value (selama 30 hari) 5 Available Cash Untuk pembagian gaji, service dan material. Biaya = 0.5 Bulan MC Working Capital (WC) Total Capital I nvestment (TCI) TCI = WC + FCC
$
2.270.952,02 309.574.436,87
113.914,97
562.733.040,98
71.301.129.900,00
8.513.297.013,80 80.686.734.391,65 281.795.567.375,97
3.132.661,75 5.517.528,75 54.718.943,73
155
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun TCI dalam Rupiah saja TCI dalam Dollar saja
791.779.373.247,21 791.779.373.247,21 79.177.937,32 79.177.937,32
ner al Expe E xpense nse) C. PENGELUARAN UMUM (G ener Daftar XII.24. Perhitungan General Expense
1 2 3 4
Rp 17.112.271.176,00 17.112.271.176,00 34.224.542.352,00
Administration (2% sales price) Sales Expense (2% sales price) Research (4% sales price) Finance Suku bunga modal kerja = 13,5% Suku bunga modal tetap = 10% (sumber: Bank Mandiri)
34.185.257.873,97 95.732.113.999,85
5.665.007,88 5.665.007,88
129.442.593.461,47
43.256.948,86 562.012.082.061,73 562.012.082.061,73 56.201.208,21 56.201.208,21
Finance = (13,5% WC)+(10% FCC)
T otal otal G eneral E xpense Total Product Cost (TPC) (TPC) = Manufac Manufactturing uri ng Cost Cost + G ener ner al Expe E xpense nse TPC dalam Rupiah saja TPC dalam Dollar saja
$
D. ANALISA KEUNTUNGAN
Sales Price (Sa)
= Rp
855.613.558.800,00
Total Product Cost (TPC)
= Rp
562.012.082.061,73
Keuntungan sebelum pajak
= Rp
293.601.476.738,27
Pajak Pendapatan
= 50 %
Keuntungan sesudah pajak
= Rp 146.800.738.369,14
Faktor Lang
=
ℎ
..., ..., ...
(2)
4,18
ANALISA KELAYAKAN
cent Re R eturn of I nvestm nvestme ent (ROI) 1. P er cent (ROI) ROI adalah kecepatan tahunan pengembalikan investasi (modal) dari keuntungan. Persamaan untuk ROI adalah:
ROI ROI b
Pr ofit before taxes Fixed Capital Cost
´
100% (3)
156
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun
ROI a
Pr ofit after taxes
´
Fixed Capital Cost
100% (4)
Besar kecilnya ROI bervariasi tergantung pada derajat resiko atau kemungkinan kegagalan yang terjadi. Untuk pabrik kimia yang beresiko rendah, ROI sebelum pajak minimum yang disyaratkan adalah 11%. ROI sebelum pajak
=
Rp 293.601.47 6.738,27 Rp 655.917.35 1.404,97
100 100 %
x
= 44,76 % ROI setelah pajak
=
Rp 146.800.73 8.369,14 Rp 655.917.35 1.404,97
100 100 %
x
= 22,38 %
2. P ay Out T i me (POT)
POT merupakan jangka waktu pengembalian investasi (modal) berdasarkan keuntungan perusahaan dengan mempertimbangkan depresiasi. Berikut adalah persamaan untuk POT
POT b
POT a POT sebelum pajak
:
Fixed Capital Cost Pr ofit before taxes Depreciati Depreciati on
(5)
Fixed Capital Cost Pr ofit after taxes Depreciation
(6)
=
Rp 692.997.35 1.404,97
100 100 %
x
Rp (285.451.6 34.381,03 20.098.320 .152,98 ) = 2,12 tahun POT sebelum pajak
=
Rp 692.997.35 1.404,97 Rp (142.725.8 17.190,51 20.098.320 .152,98 )
100 100 %
x
= 4,02 tahun
157
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun
3.
B r eak E ven Point (BEP) (BEP) BEP merupakan titik perpotongan antara garis sales dengan total cost , yang
menunjukkan tingkat produksi dimana sales akan sama dengan total cost . Pengoperasian pabrik di bawah kapasitas tersebut akan mengakibatkan kerugian dan pengoperasian pabrik di atas kapasitas produksi tersebut, maka pabrik akan untung. BEP dinyatakan dengan persamaan: BEP =
Sa
Fa
Va
0,3 R a
0,7 R a
x 100%
(7)
dengan : Fa
= Fixed expense tahunan pada produksi maksimum
Ra
= Regulated expense tahunan pada produksi maksimum
Sa
= Sales pada produksi maksimum
Va
= Variable expense tahunan pada produksi maksimum
a.
F i xed expense
= Rp
Depreciation
65.624.529.754,83
Property tax
= Rp
Insurance
= Rp Fa
b.
6.559.173.514,05 + 91.828.429.196,70
Variable expense
Raw material
= Rp 272.514.242.880,00
Royalties and patent
= Rp
Packagin and shipping shipping
= Rp 25.668.406.764,00
Utilities
= Rp 6.880.291.120,89 +
Va c.
= Rp
19.677.520.542,15
25.668.406.764,00
= Rp 330.731.347.528,89
R eg ulat ulate ed expense expense
Labor cost
= Rp
6.240.000.000,00
Supervision
= Rp
789.300.000,00
158
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun
Maintenance
= Rp 39.355.041.084,30
Plant supplies
= Rp
5.903.256.162,64
Laboratory
= Rp
526.200.000,00
Payroll overhead
= Rp
398.400.000,00
Plant overhead
= Rp
1.052.400.000,00
General expense
= Rp152.382.192.793,20 +
Ra
BEP
=
= Rp213.121.390.040,14
97.019.629.196,70+(,×...,)
...,−(,×...,)−...,
× 100% 100%
= 41,46%
4. Shut D own Point (SDP) (SDP)
SDP adalah suatu tingkat produksi dimana pada kondisi ini, menutup pabrik lebih menguntungkan daripada mengoperasikannya. Keadaan ini terjadi bila output turun sampai di bawah BEP dan pada kondisi dimana fixed expense e xpense sama dengan selisih antara total cost dan dan total sales. SDP dinyatakan dengan persamaan berikut: SDP = SDP
=
0,3 R a S a Va 0,7 R a
x 100%
(,×...,) ...,−(,×194.944.099.110,51)−330.731.347.528,89
(8)
× 100% 00%
= 17,02 %
5.
D i scounte scounted d C ash ash F low R low R ate of R eturn (DCFRR) Analisa kelayakan ekonomi dengan menggunakan DCFRR dibuat dengan
mempertimbangkan nilai uang yang berubah terhadap waktu dan didasarkan atas investasi yang tidak kembali pada akhir tahun selama umur pabrik (10 tahun). Rate of return based on discounted cash flow adalah laju bunga maksimum
dimana suatu pabrik (proyek) dapat membayar pinjaman beserta bunganya kepada bank selama umur pabrik. DCFRR didapat dengan trial and error nilai i menggunakan persamaan:
159
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
()(1 ) ∑= ( 1 )−
(9)
dengan : TCI
= Total Capital Investment = FCI +WC = Rp 791.779.373.247
C
= Annual cash flow = profit after tax + finance + depreciation = Rp 296.325.581.598,83
SV
= Salvage value (10% FCI) = Rp 65.591.735.140,50
n
= umur pabrik (10 tahun)
Dengan trial and error diperoleh i = DCFRR = 36,13 % Sebagai perbandingan kelayakan keuntungan, digunakan bunga deposito bank ratarata pada tahun 2014 (pusatdata.kontan.co.id/bungadeposito/, diakses pada tanggal 16 Juni 2014) sebesar 6,91 % per tahun. 1,5 kali bunga bank = 1,5 x 6,91% = 10,37%
160
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
1000
900
800
700 n u h 600 a t / p R r 500 a y l i M
Ra
Sa
BEP
400
300
SDP Va
200
100
Fa 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Kapasitas Produksi / tahun, %
Gambar XII.2. Grafik Parameter Ekonomi
161
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun BAB XIII KESIMPULAN
Berdasarkan tinjauan kondisi operasi, pemilihan bahan baku, produk dan teknologi proses, maka Pabrik Phthalic Anhydride dari o-xylene dan udara dengan kapasitas 80.000 ton/tahun tergolong pabrik berisiko tinggi. Hasil analisis ekonomi pabrik ini menunjukkan: 1.
Keuntungan
sebelum
pajak
sebesar
Rp293.601.500.000,00
dan
keuntungan setelah pajak sebesar Rp 146.800.800.000,00. 2.
Percent Return on Investment (ROI) sebelum pajak 44,76%, lebih besar daripada ROI minimum yaitu 44% untuk pabrik beresiko tinggi.
3. Pay Out Time (POT) sebelum pajak adalah 2,12 tahun, sedangkan POT sebelum pajak adalah maksimum 2 tahun. POT setelah pajak adalah 4,02 tahun. 4. Break Even Point (BEP) adalah sebesar 41,46%, sudah berada dalam kisaran yang wajar yaitu pada range 40-60%. 5.
Shut Down Point (SDP) adalah sebesar 17,02% kapasitas.
6. Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFRR) sebesar 36,13%, sudah melebihi minimal 1,5 kali bunga bank (10,37%).
Dari hasil analisa ekonomi di atas dapat disimpulkan bahwa Pabrik Phthalic Anhydride dari o-xylene dan udara dengan kapasitas 80.000 ton/tahun menarik dan layak untuk dikaji lebih lanjut.
161
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun LAMPIRAN
REAKTOR-01 (R-01)
(D etail Design) Kode : R-01 Tugas : Tempat berlangsungnya reaksi antara o-xylene dan udara menjadi phthalic anhydride dengan kapasitas 165629,90 kg/jam
Jenis
: Fixed Bed Multitube Reactor
Reaktor ini beroperasi secara non-isothermal non-adiabatic dengan reaksi yang terjadi di dalam reaktor sebagai berikut : Reaksi utama yang terjadi : C8H10 + 3 O2 → C8H4O3 + 3 H2O Selain reaksi diatas, terjadi pula reaksi samping : C8H10 + 1,5 O2 → C8H8O2 + H2O C8H10 +
2 O2
→ C8H6O2
+ 2 H2 O
C8H10 + 2,5 O2 → C7H6O2 + CO2 + H2O C8H10 +
6 O2
→ C5H6O4
+ 3 CO2 + 2 H2O
C8H10 + 7,5 O2 → C4H2O3 + 4 CO2 + 4 H2O C8H10 + 8,5 O2 →
4 CO
+ 4 CO2 + 5 H2O
Konversi di reaktor 98,19 % mol dari o-xylene dengan selektivitas pada Daftar sebagai berikut : Daftar 1. Data Selektivitas Komponen Komponen
Selektivitas (% mol)
C8H4O3
77,3
C8H8O2
0,2
C8H6O2
0,2
C7H6O2
0,8
C5H6O4
0,1
C4H2O3
4,0
CO
17,4
R-1
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
(Manual Operating Book, PT Petrowidada, Gresik dan Skrzypek, pg. 613) Reaktor yang digunakan berjumlah tiga reaktor paralel, untuk menjaga kestabilan proses produksi, sehingga jika salah satu reaktor tidak berfungsi dengan baik, maka reaktor lainnya akan menjaga produksi tetap berjalan. Ukuran reaktor juga menjadi pertimbangan dalam memilih jumlah reaktor yang digunakan.
1. Menentukan Jenis dan Ukuran Pipa
Pada sintesa phthalic anhydride digunakan tube dengan inside diameter 2,5 cm untuk penggunaan tube kurang dari 20000 buah (Froment dan Bischoff, 2011). Berdasarkan Foust, Appendix C halaman 724 maka direncanakan akan untuk menggunakan pipa baja komersial dengan ASA Standard B36. 10 sebagai berikut :
Schedule Number (Sch)
: 40
D nominal
: 1 in
Diameter luar (Odt)
: 1,315 in = 3,3401 cm
Diameter dalam (Idt) : 1,049 in = 2,6645 cm Inside sectional area (at)
: 0,006 ft2 = 5,5742 cm2
2. Menentukan Panjang dan Jumlah Tube a.
Menghitung berat molekul umpan
Untuk menghitung BM umpan digunakan persamaan : BM = (Yi × BMi)
R-2
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Daftar 2. Perhitungan Berat Molekul Relatif Komponen
BM
Yi
Yi x BM
O-xylene
106,1670
0,0165
1,7526
M-xylene
106,1670
0,0002
0,0174
Carbon monoxide
28,0110
0,0101
0,2823
Carbon dioxide
44,0110
0,0000
0,0003
Oxygen
32,0000
0,1856
5,9403
Nitrogen
28,0140
0,7876
22,0639
Argon
39,9480
0,000007
0,0003
1,0000
30,0592
Total
b. Menghitung harga Z umpan
Z=1+
BPc Pr . RTc Tr
Persamaan yang digunakan untuk mengitung Pc, Tc, dan campuran didapat dari Bird persamaan 1.3-3 sampai dengan 1.3-5 sebagai berikut :
Pc = (Yi × Pci) Tc = (Yi × Tci) = (Yi × i)
R-3
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Daftar 3. Penentuan Nilai Koefisien Untuk Menghitung Z Komponen
Yi
Yi∙Pci
Yi∙Tci
Yi.ωi
O-xylene
0,0165
0,6164
10,4061
0,0052
M-xylene
0,0002
0,0058
0,1014
0,0001
0,0101
0,3526
1,3396
0,0006
0,0000
0,0005
0,0020
0,0000
Oxygen
0,1856
9,3615
28,6953
0,0041
Nitrogen
0,7876
26,7312
99,3166
0,0315
Argon
0,000007
0,0000
0,0000
0,0000
TOTAL
1.0000
37,0681
139,8610
0,0415
Carbon monoxide Carbon dioxide
T rerata
= 350 oC = 623,15 K
P rerata
= 1,4 atm
Tr
= T/Tc = 623,15 K / 139,8610 K = 4,4555
Pr
= P /Pc = 1,4 atm/37,0681 atm = 0,0378 = 0,0415
Dari Smith Van Ness fig. 3-11, hal 88 titik (Pr,Tr) berada di atas garis, maka menghitung harga z menggunakan virial coeffisien. Persamaan yang digunakan dari Smith Van Ness 3rd ed., persamaan 3-36 sampai 3-38 hal. 87 sebagai berikut :
Bo = 0,083 – (0,422/Tr 1,6) = 0,083 – (0,422/4,4555 1,6) = 0,0444 B’ = 0,139 – (0,172/Tr 4,2) = 0,139 – (0,172/4,4555 4,2) = 0,1387
BPc/RTc = Bo + B’ = 0,0444 + (0,1232 × 0,0415) = 578,0482
R-4
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Z
= 1+
BPc Pr . RTc Tr
= 1 + (0,0495)∙(0,0351/4,4555) = 1,0004
c.
Menghitung densitas umpan P BM
Z R T
=
(1,4 atm)(30,0571 gr / mol ) (1,0004)(82,05 atm.cm 3 / molK )(623,15 K )
= 8,2272.10-4 gr/cm3
= 0,8227 kg/m3
d.
Menghitung viskositas umpan
Viskositas campuran gas dapat diestimasi dengan persamaan Herning dan Zipperer :
= ∑(∑(..,,.)) Dimana : yi = fraksi mol masing-masing komponen; BMi= Berat molekul masing-masing komponen (gram/mol); µi = viskositas komponen (cp).
e. Konduktivitas thermal umpan (k G)
Konduktivitas termal campuran gas dapat diestimasi dengan persamaan :
/. ) ∑ ( . = ∑. Dimana : yi
= fraksi mol masing-masing komponen;
BMi= Berat molekul masing-masing komponen (gram/mol); ki
= konduktivitas termal masing-masing komponen (cp).
R-5
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
f.
Menghitung diameter dalam shell (IDs)
Direncanakan tube disusun dengan pola triangular pitch, dengan: Pt = 1,25 ODt = 1,25 (1,3150 in) = 1,6438 in C’ = PT – ODt
= (1,6438 – 1,3150) in = 0,3288 in Diameter bundle shell (IDb) untuk triangular pitch dicari dengan persamaan sebagai berikut :
= (Coulson and Richardson) Dimana : Nt = jumlah tube IDb
= diameter dalam tube, m
C1, C2
= konstanta
Nilai C1 dan C2 ditentukan oleh bentuk pitch dan jumlah pass yang akan digunakan. Pitch yang digunakan adalah tipe triangular pitch dan jumlah pass sebanyak 1. Diperoleh nilai C1 = 0,319 dan C2 = 2,142.
= 28,571 100 44,256
R-6
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun k. Menghitung koefisien perpindahan panas pada tube dan shell side
1. Kecepatan transfer panas tube side (hio) Persamaan untuk menghitung koefisien perpindahan transfer panas pada bagian tube (hio) adalah :
ℎ=ℎ× Untuk mengevaluasi nilai hi, digunakan persamaan :
Dengan,
ℎ. =0,027,/ = . =× . = 4 = ×3600
Dimana :
ℎ
= koefisien transfer panas di tube, kJ/m2.jam.K = konduktivitas panas gas, kJ/m.jam.K = kecepatan aliran massa gas, kg/jam = luas flow area tube, m2 = kapasitas panas gas komponen, kJ/kmol/K = kapasitas panas gas campuran, kJ/kmol/K = bilangan Reynold tube = 500 = bilangan Prandtl tube = diameter luar tube, m
2. Kecepatan transfer panas shell side (ho) Pada bagian shell akan dialirkan pendingin berupa molten salt dengan spesifikasi sebagai berikut :
R-7
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
C pc
= 372,93 Btu/lb oF = 1,5614 kJ/kg K
c
= 9,00 kg/m/jam
k c
= 2,16 kJ/m/jam/K
Ws
= 150.000 kg/jam
B
= baffle spacing yang direncanakan = 0,3 IDs = 1,1048 m
Persamaan untuk menghitung koefisien perpindahan transfer panas pada bagian tube (hio) adalah :
ℎ. =0,36,/ = . = . ′. . = = ×3600 12 .0,866. 18 .. 4 = 12 ..
dengan,
ℎ ,′, ,
= koefisien transfer panas di shell , kJ/m2.jam.K = konduktivitas panas pendingin, kJ/m.jam.K = kecepatan aliran massa pendingin, kg/jam = fluks aliran massa pendingin, kg/m2.s = viskositas pendingin, kg/m.s = konduktivitas panas pendingin, kJ/m.jam.K = luas flow area shell , m2. = lebar pitch, clearance, dan baffle size, m = diameter ekivalen dan diameter dalam shell , m.
l. Menghitung koefisien transfer panas overall (Ud)
Koefisien transfer panas pipa bersih:
R-8
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
ℎ.ℎ = ℎℎ
Dari Kern, Daftar 12 hal 845 diperoleh: Rd Shell
= 0,0010 (untuk cooling liquid)
Rd tube
= 0,0005 (untuk organic vapor)
Rd
= Rd shell +Rd tube = 0,0010 + 0,0005 = 0,0015 jam ft2 oF/BTU = 7,3374.10-5 jam.m2.K/kJ
= 1 1
dengan :
Uc = koefisien perpindahan panas overall bersih, kJ/jam/m2/K Ud = koefisien perpindahan panas overall kotor, kJ/jam/m2/K
m. Menyusun persamaan laju reaksi (-ra)
Ditinjau dari reaksi utama: C8H10 (g) + 3 O2 (g) → C8H4O3 (g) + 3 H2O (g) Persamaan laju reaksi dianggap : -r ox = k Pox PO2 dengan : -r ox
= laju reaksi o-xylene, kmol/kg katalis/jam
k
= konstanta laju reaksi, kmol/kg katalis/atm2/jam
Pox
= tekanan parsial o-xylene, atm
PO2
= tekanan parsial oksigen, atm
Nilai konstanta laju reaksi diketahui :
Dimana :
=exp27000 19,837
T
= suhu (K)
R
= konstanta gas = 1,987 kal/gmol K
R-9
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Nilai POX dan PO2 dapat divelauasi menggunakan persamaan:
= × = ×
dengan, yOX
= fraksi mol o-xylene;
yO2
= fraksi mol oksigen;
P
= tekanan total, atm.
Untuk gas berlaku : Pi
=
Fi
xPt
Ft
Untuk menghitung Fi, disusun neraca massa berdasarkan data selektivitas yang telah diketahui pada Daftar selektivitas:
Daftar 4. Perhitungan Reaksi Komponen dalam Reaktor Komponen
BM
Fi0
Fi0/Fox-0
Reaksi
O-xylene (A)
106,1670
4828,8740
1,0000
-1,0000
M-xylene
106,1670
48,0491
0,0100
0,0000
Phthalic anhydride
148,1180
0,0000
0,0000
0,7730
Maleic anhydride
98,0580
0,0000
0,0000
0,0400
Toluic acid
136,1500
0,0000
0,0000
0,0020
Phthalide
134,1360
0,0000
0,0000
0,0020
Benzoic acid
122,1230
0,0000
0,0000
0,0080
Citraconic acid
130,1000
0,0000
0,0000
0,0010
Carbon monoxide
28,0110
777,8215
0,6105
0,6960
Carbon dioxide
44,0110
0,7794
0,0004
0,8670
Oxygen
32,0000
16366,9855
11,2451
-8,5720
Nitrogen
28,0140
60791,6606
47,7103
0,0000
Water
18,0160
0,0000
0,0000
5,9830
Argon
39,9480
0,7794
0,0004
0,0000
82814,9495
60,5767
-1,2000
TOTAL
Sehingga : R-10
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Pox =
=
Fox0(1 X ) Fox0(60,5767
P
1,2000 X )
(1 X ) (60,5767 1,2000 X )
P
.. = ,−,−,
P
Dimana : P
= tekanan total, atm;
X
= konversi o-xylene;
FO20
= flowrate O2 umpan, kmol/jam;
FOX0
= flowrate o-xylene, kmol/jam.
n. Menghitung panjang tube (z)
Panjang tube didapat dari persamaan-persamaan profil untuk :
Profil konversi sepanjang reaktor
Profil temperatur sepanjang reaktor
Profil temperatur pendingin sepanjang reaktor
Profil pressure drop sepanjang reactor
Perhitungan profil masing-masing persamaan sebagai berikut : ▫
Menentukan persamaan profil konversi terhadap panjang reaktor
Profil aliran gas dalam tube :
Fa + Z z Xa +
Fa Xa
ID
OD
Z=L
Z=0 z
Gambar 11. Penampang Aliran dalam Tube
Neraca massa pada elemen volume ∆V :
= Pada steady state, akumulasi = 0, maka :
Fox-z = Fox-Z+∆Z - (-rox). Nt. ∆V. (1- ε). ρB
R-11
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Fox Fox ( rox) . N t . / B z z z
4.( ID)2 . Z .(1 )
Z Fox
Z
Fox
Z Z
( rox). . Nt . /
Z
B
dFox
lim =
(
dZ
rox ). . Nt . /
B
4.( ID)2.(1 )
4.(ID)2.(1
)
∆Z→0
Dimana : Fox
= Fox0 (1 - X)
dFox = -Fox0 . d X
Maka :
Fox0.dX dZ
dX dZ
(
(
rox ). B . Nt . / 4.( ID)
rox ). B . Nt . / 4.( ID)
2
.(1
Fox0
)
2
.(1
)
(36)
Keterangan :
▫
Fox0
= flowrate inlet o-xylene, kmol/jam;
r OX
= laju reaksi oxylene masuk reaktor, kmol o-xylene/jam;
Nt
= jumlah tube;
ID
= diameter dalam, m;
B
= densitas katalis, kg katalis/m3;
ε
= porositas katalis dalam bed, ε = 0,4 (Hill, hal 559);
Z
= panjang tube dihitung dari atas, m;
(-ra)
= kecepatan reaksi, kmol o-xylene/kg katalis/jam.
Menentukan persamaan profil temperatur terhadap panjang tube
Neraca panas di dalam tube pada kondisi steady-state:
=
R-12
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
| |+∆ ∆. ...∆ ....∆ = 0 | | +∆ lim ∆→ ∆ = ∆. .. ... = ∆. .. ... = ∑∆. .. ... ∑ Keterangan : Z
∆
▫
= tebal tumpukan katalis, m = koefisien transfer panas overall , kJ/m2 K.jam = panas reaksi i, kJ/kmol
r OX
= laju reaksi oxylene masuk reaktor, kmol o-xylene/jam;
OD t
= diameter luar tube, m
B
= berat jenis bulk, kg/m3
Tc
= suhu pendingin
Cpi
= kapasitas panas komponen, kJ/kmol K
Menentukan persamaan profil temperatur pendingin sepanjang reactor
Neraca panas pendingin dalam elemen volum shell :
= |+∆ | ....∆ = 0 |+∆ | lim ∆→ ∆ = ... = ... R-13
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
= ...
37
Dimana : Ws = laju alir pendingin, kg/jam Cpc = kapasitas panas pendingin, kJ/kg K
▫
Menentukan persamaan profil perbedaan tekanan sepanjang tube
Penurunan tekanan dalam pipa berkatalis (Treybal,1981)
=9,8692.10− 1 [1501 1,75] ..
38
dengan,
Tinggi bed
= fluks aliran massa gas dalam reaktor, kg/m2.s = porositas katalis = diameter partikel katalis, m = viskositas gas, kg/m.s
yang digunakan dicari dengan bantuan program MATLAB.
Tinggi bed ditentukan oleh target konversi total o-xylene sebesar 99 %. Script MATLAB yang digunakan :
========================================================== ======== function revisi1 clc clear clf global IDs Nt OD Ud B ID %jumlah mol umpan, kmol/jam Fox1=99.6804/3; Fmx1=0.99918/3;
R-14
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Fpa1=0; Fma1=0; Fta1=0; Fpd1=0; Fba1=0; Fca1=0; Fco1=62.754/3; Fco21=0.062/3; Fo21=1320.4936/3; Fn21=4904.690/3; Fh2o1=0; Far1=0.0620/3;
x0=0; z0=0; T0=623.15;%K Tc0=603.15;%K P0=6;%atm zc=[z0:0.1:11];
y0=[x0 T0 Tc0 P0]; [z,y]=ode45(@aldin,zc,y0);
x=y(:,1); T=y(:,2); Tc=y(:,3); P=y(:,4);
figure(1) grid off hold on plot(z,y(:,1),'-g')
R-15
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
ylabel('conversion') xlabel('z,m')
figure(2) grid off hold on plot(z,y(:,2),'-g') xlabel('z,m') ylabel('suhu,K')
figure(3) grid off hold on plot(z,y(:,3),'-g') xlabel('z,m') ylabel('suhu pendingin, K')
figure(4) grid off hold on plot(z,y(:,4),'-g') xlabel('z,m') ylabel('tekanan,atm')
disp('FIXED BED MULTITUBE REACTOR' ) disp('-----------------') disp('-----------------') fprintf('Komponen keluar reaktor :\n') fprintf(' - O-Xylene
= %8.4f kmol/s\n',(Fox1*(1-x(end))))
fprintf(' - M-Xylene
= %8.4f kmol/s\n',(Fmx1))
fprintf(' - Phthalic Anhydride
= %8.4f
R-16
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
kmol/s\n',(Fpa1+0.773*Fox1*x(end))) fprintf(' - Maleic Anhydride
= %8.4f
kmol/s\n',(Fma1+0.040*Fox1*x(end))) fprintf(' - Toluic Acid
= %8.4f kmol/s\n',(Fta1+0.002*Fox1*x(end)))
fprintf(' - Phthalide
= %8.4f kmol/s\n',(Fpd1+0.002*Fox1*x(end)))
fprintf(' - Benzoic Acid
= %8.4f kmol/s\n',(Fba1+0.008*Fox1*x(end)))
fprintf(' - Citraconic Acid
= %8.4f
kmol/s\n',(Fca1+0.001*Fox1*x(end))) fprintf(' - Carbon Monoxide
= %8.4f
kmol/s\n',(Fco1+0.696*Fox1*x(end))) fprintf(' - Carbon Dioxide
= %8.4f
kmol/s\n',(Fco21+0.867*Fox1*x(end))) fprintf(' - Oxygen
= %8.4f kmol/s\n',(Fo21-8.572*Fox1*x(end)))
fprintf(' - Nitrogen
= %8.4f kmol/s\n',(Fn21))
fprintf(' - Water
= %8.4f kmol/s\n',(Fh2o1+5.983*Fox1*x(end)))
fprintf(' - Argon
= %8.4f kmol/s\n',(Far1))
fprintf('konversi fprintf('suhu masuk fprintf('suhu keluar
= %8.4f\n',x(end)) = %8.4f K\n',T0) = %8.4f K\n',T(end))
fprintf('suhu pendingin masuk = %8.4f K\n',Tc(end)) fprintf('suhu pendingin keluar = %8.4f K\n',Tc0) disp('design reaktor') fprintf(' - Diameter Shell
= %8.4f m\n',IDs)
fprintf(' - Panjang Reaktor
= %8.4f m\n',z(end))
fprintf(' - Tekanan keluar
= %8.4f atm\n',P(end))
fprintf('Spesifikasi tube \n'); fprintf('Outside diameter : %.2f in \n',OD*100/2.54); fprintf('Inside diameter : %.2f in \n',ID*100/2.54); fprintf('Jumlah tube
: %.0f \n\n',Nt);
fprintf('Spesifikasi shell \n'); fprintf('Inside diameter : %.2f m \n',IDs); fprintf('Baffle Size
: %.2f m \n\n',B);
R-17
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
fprintf('Heat Trans Coeff : %.4f kJ/m2.jam.K \n',Ud);
disp('Profil') disp('Panjang bed, m
Konversi
Suhu,K
Suhu Pemanas, K
Tekanan,
atm') fprintf(' %7.4f
%6.4f
%6.4f
%6.4f
%6.4f\n',[z x T Tc P]')
end
function dY=aldin(z,y) global IDs Nt OD Ud B ID Ws x=y(1); T=y(2);
%suhu reaktor (kelvin)
Tc=y(3);
%suhu pendingin (kelvin)
P=y(4);
%tekanan reaktor (atm)
phi=3.14; T1=623.15; %suhu reaktan masuk Z=1.0004; %compressibility factor BM=30.0592; %BM campuran
%Input Data : %Mass flow (kg/jam) : Fox0=9657.3/3; Fmx0=96.60/3; Fpa0=0; Fma0=0; Fta0=0; Fpd0=0; Fba0=0; Fca0=0; Fco0=1555.60/3; Fco20=1.60/3; Fo20=32734.0/3;
R-18
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Fn20=121583.30/3; Fh2o0=0; Far0=1.60/3; Ftot=Fox0+Fmx0+Fpa0+Fma0+Fta0+Fpd0+Fba0+Fca0+Fco0+Fco20+Fo20+Fn2 0+Fh2o0+Far0;%kg/jam
%Berat Molekul (kg/kmol) : BMox=106.167; BMmx=106.167; BMpa=148.118; BMma=98.058; BMta=136.15; BMpd=134.136; BMba=122.123; BMca=130.1; BMco=28.011; BMco2=44.011; BMo2=32; BMn2=28.014; BMh2o=18.016; BMar=39.948;
%Konversi satuan reaktan ke kmol/jam: Fox01=Fox0/BMox; Fmx01=Fmx0/BMmx; Fpa01=Fpa0/BMpa; Fma01=Fma0/BMma; Fta01=Fta0/BMta; Fpd01=Fpd0/BMpd; Fba01=Fba0/BMba; Fca01=Fca0/BMca; Fco01=Fco0/BMco;
R-19
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun
Fco201=Fco20/BMco2; Fo201=Fo20/BMo2; Fn201=Fn20/BMn2; Fh2o01=Fh2o0/BMh2o; Far01=Far0/BMar; FT0=Fox01+Fmx01+Fpa01+Fma01+Fta01+Fpd01+Fba01+Fca01+Fco01+Fco20 1+Fo201+Fn201+Fh2o01+Far01;
%Daftar stoikhiometris untuk mengetahui F komponen sepanjang reaktor Fox=Fox01*(1-x); Fmx=Fmx01; Fpa=Fpa01+0.773*Fox01*x; Fma=Fma01+0.040*Fox01*x; Fta=Fta01+0.002*Fox01*x; Fpd=Fpd01+0.002*Fox01*x; Fba=Fba01+0.008*Fox01*x; Fca=Fca01+0.001*Fox01*x; Fco=Fco01+0.696*Fox01*x; Fco2=Fco201+0.867*Fox01*x; Fo2=Fo201-8.572*Fox01*x; Fn2=Fn201; Fh2o=Fh2o01+11.2540*Fox01*x; Far=Far01; FT=Fox+Fmx+Fpa+Fma+Fta+Fpd+Fba+Fca+Fco+Fco2+Fo2+Fn2+Fh2o+Far;
%menghitung fraksi mol yox=Fox/FT; ymx=Fmx/FT; ypa=Fpa/FT; yma=Fma/FT; yta=Fta/FT; ypd=Fpd/FT;
R-20
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun
yba=Fba/FT; yca=Fca/FT; yco=Fco/FT; yco2=Fco2/FT; yo2=Fo2/FT; yn2=Fn2/FT; yh2o=Fh2o/FT; yar=Far/FT;
%Menghitung koefisien transfer panas overall %Data dimensi multitube : rhob=840; %(kg/m^3) eps=0.40; % porositas, epsilon Dp=0.36/100; %(m) ID=2.6645/100; %(m) OD=3.3401/100; %(m) at1=5.5742/10000; %(m2) Nt=7505;
%Triangular pitch : PT=1.25*OD; %(m) IDb=OD*(Nt/0.319)^(1/2.142); %(m), Coulson, 523 IDs=IDb+(28.571*IDb+44.256)/100; Cl=PT-OD; %(m) De=4*(0.5*PT^2*0.866-0.5*3.14/4*OD^2)/(0.5*3.14*OD); %(m) B=0.3*IDs; %(m) at=at1*Nt; %(m2) Gt=Ftot/at/3600; %(kg/m2s) as=IDs*Cl*B/PT; %(m2) Ws=150000; %(kg/jam) Gs=Ws/as; %(kg/m2jam) R=8.314; %(kJ/kmol K)
R-21
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun
Raks=0.082; %(atm.m3/kmol.K)
%data viskositas, cp, dan konduktivitas gas dalam tube %viskositas reaktan miuox=-19.763+2.8022E-01*T-5.9293E-05*T^2; miumx=-21.620+2.7820E-01*T-6.0531E-05*T^2; miupa=-10.366+2.2977E-01*T-1.0424E-05*T^2; miuma=-11.219+T*2.918E-01+T^2*-1.0579e-05; miuta=-4.764+2.2386E-01*T-2.3427E-05*T^2; miupd=-7.468+2.4258E-01*T-2.7312E-05*T^2; miuba=-3.930+2.3677E-01*T-2.4211E-05*T^2; miuca=-3.432+2.3255E-01*T-1.9261E-05*T^2; miuco=23.811+5.3944E-01*T-1.5411E-04*T^2; miuco2=11.811+4.9838E-01*T-1.0851E-04*T^2; miuo2=44.224+T*5.62e-01+T^2*-1.13e-04; miun2=42.606+T*4.75e-01+T^2*-9.88e-05; miuh2o=-36.826+T*4.29e-01+T^2*-1.62e-05; miuar=212.75+0.6142*T-0.0002*T^2; sigmamiuiyiBMi=miuox*yox*BMox^0.5+miumx*ymx*BMmx^0.5+miupa*ypa* BMpa^0.5+miuma*yma*BMma^0.5+miuta*yta*BMta^0.5+miupd*ypd*BMpd^0 .5+miuba*yba*BMba^0.5+miuca*yca*BMca^0.5+miuco*yco*BMco^0.5+yco2* miuco2*BMco2^0.5+yo2*miuo2*BMo2^0.5+yn2*miun2*BMn2^0.5+yh2o*miu h2o*BMh2o^0.5+yar*miuar*BMar^0.5; sigmayiBMi1=yox*BMox^0.5+ymx*BMmx^0.5+ypa*BMpa^0.5+yma*BMma^0 .5+yta*BMta^0.5+ypd*BMpd^0.5+yba*BMba^0.5+yca*BMca^0.5+yco*BMco^ 0.5+yco2*BMco2^0.5+yo2*BMo2^0.5+yn2*BMn2^0.5+yh2o*BMh2o^0.5+yar* BMar^0.5; miugas=sigmamiuiyiBMi/sigmayiBMi1/10000000; %kg/m/s
%cp reaktan (kJ/kg K) cpox=1.8200E-01+5.1344E-01*T-2.0212E-04*T^2-2.1615E-08*T^3+2.3212E11*T^4;
R-22
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun
cpmx=-1.6725E+01+5.6424E-01*T-2.6465E-04*T^2+1.3381E08*T^3+1.5869E-11*T^4; cppa=40.083+0.56424*T+9.5956E-04*T^2-1.2341E-06*T^3+4.6597E-10*T^4; cpma=-7.2015E+01+T*1.0423E+00-T^2*1.8716E-03+T^3*1.6527E-06T^4*5.5647E-10; cpta=5.8310E+00+T*3.2470E-01+T^2*4.8726E-04-T^3*8.7808E07+T^4*3.7290E-10; cppd=1.9986E+01+T*7.7860E-01+T^2*2.9980E-04+T^3*1.7486E08+T^4*5.6823E-11; cpba=1.6158E+01+T*2.8234E-01+T^2*1.7811E-04-T^3*3.2176E07+T^4*1.0752E-10; cpca=-4.4280E+01+T*9.7863E-01-T^2*1.3251E-03+T^3*9.3278E-07T^4*2.5668E-10; cpco=2.9556E+01-T*6.5807E-03+T^2*2.0130E-05-T^3*1.2227E08+T^4*2.2617E-12; cpco2=2.7437E+01+T*4.2315E-02-T^2*1.9555E-05+T^3*3.9968E-09T^4*2.9872E-13; cpo2=2.9526E+01-T*8.8889E-03+T^2*3.8083E-05-T^3*3.2629E08+T^4*8.8607E-12; cpn2=2.9342E+01-T*3.5395E-03+T^2*1.0076E-05-T^3*4.3116E09+T^4*2.5935E-13; cph2o=3.3933E+01-T*8.8146E-03+T^2*2.9906E-05-T^3*1.7825E08+T^4*3.6934E-12; cpar=20.7860; cp=(yox*cpox+ymx*cpmx+ypa*cppa+yma*cpma+yta*cpta+ypd*cppd+yba*cpba +yca*cpca+yco*cpco+yco2*cpco2+yo2*cpo2+yn2*cpn2+yh2o*cph2o+yar*cpar) *FT0/Ftot;
%konduktivitas panas gas dalam tube kox=-9.7900E-03+7.4087E-05*T+1.8418E-08*T^2; kmx=-3.7500E-03+2.9995E-05*T+7.4603E-08*T^2; kpa=-7.6137E-03+3.8854E-05*T+1.6459E-08*T^2;
R-23
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
kma=-0.01006+T*6.7349e-05+T^2*9.6585e-09; kta=-9.9731E-03+5.1413E-05*T+2.0662E-08*T^2; kpd=-8.6137E-03+4.8854E-05*T+2.6459E-08*T^2; kba=-8.3109E-03+4.4099E-05*T+2.4518E-08*T^2; kca=-1.0910E-02+6.2992E-05*T+9.2993E-09*T^2; kco=1.5800E-03+8.2511E-05*T-1.9081E-08*T^2; kco2=-0.01183+T*1.0174e-04+T^2*-2.2242e-08; ko2=0.00121+T*8.6157e-05+T^2*-1.3346e-08; kn2=0.00309+T*7.5930e-05+T^2*-1.1014e-08; kh2o=0.00053+T*4.7093e-05+T^2*4.9551e-08; kar=0.016; sigmayiBMiki=yox*kox*BMox^0.3333+ymx*kmx*BMmx^0.3333+ypa*kpa*B Mpa^0.3333+yma*kma*BMma^0.3333+yta*kta*BMta^0.3333+ypd*kpd*BMpd ^0.3333+yba*kba*BMba^0.3333+yca*kca*BMca^0.3333+yco*kco*BMco^0.333 3+yco2*kco2*BMco2^0.3333+yo2*ko2*BMo2^0.3333+yn2*kn2*BMn2^0.3333 +yh2o*kh2o*BMh2o^0.3333+yar*kar*BMar^0.3333; sigmayiBMi2=yox*BMox+ymx*BMmx+ypa*BMpa+yma*BMma+yta*BMta+yp d*BMpd+yba*BMba+yca*BMca+yco*BMco+yco2*BMco2+yo2*BMo2+yn2*B Mn2+yh2o*BMh2o+yar*BMar; kgas=sigmayiBMiki/sigmayiBMi2/1000; %(kJ/msK)
%data viskositas, cp, dan konduktivitas gas dalam shell cpsalt=1.5613833; %kJ/kg/K miusalt=0.0025*3600; %kg/m/jam ksalt=2.1600; %kJ/m/jam/K rhosalt=340.2322; %kg/m3
%Reynold di dalam shell dan tube Ret=Dp*Gt/miugas Res=De*Gs/miusalt;
%bilangan prandtl
R-24
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Prt=cp*miugas/kgas; Prs=cpsalt*miusalt/ksalt;
%mencari nilai hio hi=(0.027*kgas/ID*(Ret)^0.8*(Prt)^0.33)*3600; %(kJ/m2jamK); hio=hi*ID/OD; %(kJ/m2jamK)
%mecari nilai ho ho=0.36*ksalt/De*(Res)^0.55*(Prs)^0.33; %(kJ/m2jamK);
%Uc dan Ud Uc=(hio*ho/(hio+ho)); %(kJ/m2jamK) Rd=0.0000733738; %(jam.m2.K/kJ) Ud=1/(Rd+1/Uc); %(kJ/m2jamK) FiCpi=Fox*cpox+Fmx*cpmx+Fpa*cppa+Fma*cpma+Fta*cpta+Fpd*cppd+Fba*c pba+Fca*cpca+Fco*cpco+Fco2*cpco2+Fo2*cpo2+Fn2*cpn2+Fh2o*cph2o+Far* cpar;
%mencari panas reaksi %deltaHR=sigma n.Hfproduk - sigma n.Hfreaktan (f(T)), kJ/mol hfox=44.498-0.10056*T+0.000051556*T^2; hfpa=-373.47-0.076883*T+0.000036697*T^2; hfh2o=-238.41-0.012256*T+0.0000027656*T^2;
%deltaHr=deltaHr0+Fcpdtkeluar-Fcpdtmasuk, kJ/kmol deltaHr=(hfpa+3*hfh2o-hfox)*1000;
%konstanta kecepatan reaksi dan (-rox)=k.pox.po2 k=4.12192075*10^8*exp(-27000/1.987/T); %kmol/jam/kg katalis/atm2 Pox=yox*P; Po2=yo2*P; rox=k*Pox*Po2; %kmol/jam/kg katalis
R-25
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
%neraca massa, x=f(z) dxdz=rox*rhob*Nt*phi/4*ID^2*(1-eps)/Fox01; dTdz=(-deltaHr*rox*rhob*phi/4*ID^2+(Ud*phi*OD*Nt*(T-Tc)))/FiCpi; rhosi=P/Raks/Z/T*BM; dTcdz=-Ud*phi*OD*Nt*(T-Tc)/(Ws*cpsalt); %suhu pendingin dPdz=-9.8692*(10^-6)*Gt/(rhosi*Dp)*((1-eps)/eps^3)*((150*(1eps)*miugas/Dp)+1.75*Gt); dY=[dxdz dTdz dTcdz dPdz]'; end ========================================================== ======== Grafik hasil run MATLAB :
1 0.9 0.8 0.7
n o i s r e v n o c
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
0
2
4
6 z,m
8
10
12
Gambar 1. Grafik Konversi Total o-xylene Terhadap Tinggi Bed
R-26
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
636
634
632
K , u h u s
630
628
626
624
622 0
2
4
6
8
10
12
z,m
Gambar 2. Grafik Temperatur dalam Tube Terhadap Tinggi Bed 604
603
602 K , in g ni d
601 n e p u h u s
600
599
598 0
2
4
6 z,m
8
10
12
Gambar 3. Grafik Temperatur Pendingin dalam Shell terhadap Tinggi
Bed
R-27
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
6 5.5 5 4.5 m t 4 a , n a n a k 3.5 e t
3 2.5 2 1.5
0
2
4
6
8
10
12
z,m
Gambar 4. Grafik Tekanan Gas Terhadap Tinggi bed
Dari hasil tersebut, diperoleh tinggi bed sebesar 11 meter dengan tube sejumlah 7505 buah.
Mechanical Design Reaktor
1. Pipa Jenis pipa
: ASA Standard B36.10 commercial steel pipe
Susunan pipa
: Triangular Pitch
Ukuran pipa yang dipakai dalam reaktor adalah: Diameter luar (OD)
= 1,315 in
Diameter dalam (ID)
= 1,049 in
Luas penampang pipa
= 0,006 ft2
Tebal pipa
= 0,266 in
Pitch (PT)
= 1,25 x OD = 1,644 in = 0,0418 m
Clearance (C = PT – OD) = 0,329 in Jumlah pipa
= 8615 buah
2. Tebal Shell (ts)
R-28
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Direncanakan shell dibuat dari alloy steel SA 204 grade A dengan spesifikasi sebagai berikut :
Tekanan yang diijinkan (f)
= 16250
Efisiensi pengelasan (E)
= 0,8 (double wetted joint)
Faktor korosi (c)
= 0,125
IDs
= 5,1608 m
Ri
= IDs/2 = 2,55804 m = 101,5906 in
Tekanan operasi
= 6 atm = 88,20 psi
Faktor keamanan
= 20 %
Tekanan rancangan
= 120 % P = 120 % (88,20 psi) = 105,84 psi
Tekanan hidrostatis
= salt .g .h = 340 kg/m3.(9.8 m/s2). 11 m = 36689,40 N/m2 = 5,32 psi
Tekanan total
= (105,84+5,32) psi = 111,16 psi
Untuk menghitung tebal shell digunakan persamaan 13-1 Brownell & Young :
ts =
=
P . Ri f . E 0,6 P
0,125
(111,16 psi)(101,59in) (16250 psi)(0,8) 0,6(111,16 psi)
0,125in
= 0,998 in untuk perancangan digunakan tebal shell standar 1 inch.
Diameter luar
= IDS + 2.ts = 205,1811 in = 5,2116 m
R-29
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
3. Tebal Head (th) Dipilih head bentuk torispherical dished head yang mampu menahan tekanan 15-200 psig
Gambar 5. PenampangTorispherical Dished H ead
Ukuran head yang digunakan dalam perancangan reaktor adalah: a
= 1/2 IDS = 101,59 in
Dari Daftar 5.7 Brownell and Young diperoleh nilai berikut: OD
= 204 in
icr
= 12,25 in
r
= 170 in
AB
= a - (icr) = 89,3406 in
BC
= r - (icr) = 157,75 in 2
b
= r - BC AB
2
= 39,9872 in
Tebal head (th) dihitung dengan persamaan :
885.. ℎ = 0,.0, 1. R-30
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Bahan head diambil sama dengan bahan shell
s , ℎ = .,, , − , , s
= 0,3778 in
Dipilih tebal standar = 7/16 in = 0,4375 in.
4. Tinggi Head Dari Daftar 5.8 Brownell dan Young diperoleh bahwa untuk tebal head 0,4375 in, standar straight flange yang digunakan sebesar 1,5-3,5 in. Jika digunakan straight flange sebesar 2,5 in, maka:
tinggi head
= b + sf + th = (39,9872 + 2,5 + 1,5) in = 43,9872 in = 1,1173 m
5. Tebal grid support Grid support berfungsi untuk menyangga tumpukan katalis dan memegang
pipa. Grid support biasanya berbentuk piringan bergelombang atau piringan berlubang dengan tebal antara 4-6 in. Grid support terbuat dari bahan tahan korosi seperti carbon steel , alloy stell , cast iron, dan keramik (Rase, 1977). Dikarenakan reaktor harus beroperasi pada suhu 623.15-628.15 K, maka grid support dipilih terbuat dari austenitic steel (18Cr-8Ni) SA-167 Tipe 304 Grade 3 yang dapat bekerja pada suhu operasi ≤ 1300 oF dengan tekanan maksimum
yang diizinkan (f) sebesar 2.450 psi. Grid support dipilih berbentuk piringan berlubang ( perforated ). Tebal grid support yang dipilih ialah sebesar 4 in.
6. Massa katalis Persamaan kinetika untuk reaktor fixed bed adalah : W = B∙Nt∙/4∙(IDt)2∙(1-)dZ = (0,84 gram/cm3)(7505) /4 (2,6645cm)2(1-0,4)(1100 cm) = 23200,3880 kg katalis
7. Tinggi Shell
R-31
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Tinggi shell dihitung dengan menjumlahkan: -
Tinggi reaktor
= 11 meter.
-
Grid support
= 4 in = 0,1016 meter.
Tinggi shell
= 11,1016 m.
8. Tinggi reaktor total Tinggi reaktor total dihitung dengan persamaan: Tinggi reaktor total
= tinggi shell + 2 (tinggi head) = 13,3161 m
9. Volume reaktor Volume reaktor
= Volume Shell + 2 (Volum Head ) = π/4.L.IDS2 + 2 (0,000049. IDS3) = π/4.11 m.(5,1608 m)2 + 2.0,000049.(5,1608 m)3
= 230,1135 m3
10. Pipa Pemasukan Gas Jumlah gas masuk
= 82.814,9495 kg/jam
Berat molekul campuran gas umpan
= 23,0042 kg/s = 30,0592 kg/kgmol
325 30,0592 / =0,9112 = 1,55 .101, 8,314.623.15
Untuk menghitung diameter optimal pipa saluran gas dipakai persamaan Coulson berikut: Dopt
= 226 (G)0.50 ()-0.35 = 226 (23,0042 kg/s)0.50 (
0,9112
)-0.35
= 1.119,8077 mm = 41,0869 in
Diambil ukuran pipa dengan spesifikasi sebagai berikut : NPS
= 42 in
OD
= 42 in
R-32
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Tipe
= Standard
ID
= 41,25 in
(Kern Table 11,1950)
11. Pipa Pengeluaran Gas Hasil Reaksi Jumlah gas keluar
= 82.814,9495 kg/jam
BM campuran gas keluar reaktor
32529,0671 =0,7438 = 1,8,31.314.101,623, 9373
= 23,0042 kg/s = 29,0671 kg/kgmol
Untuk menghitung diameter optimal pipa saluran gas dipakai persamaan Coulson berikut: = 226 (G)0.50 ()-0.35
Dopt
= 226 (23,0042 kg/s)0.50 (0,7438 kg/m3)-0.35 = 1.202,2876 mm = 61,3342 in
Diambil ukuran pipa dengan spesifikasi sebagai berikut : NPS
= 42 in
OD
= 42 in
Tipe
= Standard
ID
= 41,25 in
(Kern Table 11,1950)
12. Pipa pemasukan pendingin Molten salt masuk shell reaktor pada suhu 325.83 oC = 598,9819 K, adapun
densitas molten salt adalah: ρs
= 340,2329 kg/m3
Jumlah molten salt masuk
= 0,3402 g/L = 150.000 kg/jam
Untuk menghitung diameter optimal pipa saluran pendingin dipakai persamaan Coulson berikut : Dopt
= 226 (G)0.50 ()-0.35 = 226 (150000 kg/jam jam/3600s)0.50 (340,2329 kg/m3)-0.35 = 114,8198 mm = 4,5205 in
R-33
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Diambil ukuran pipa dengan spesifikasi sebagai berikut : NPS
= 6 in
OD
= 6,625 in
Tipe
= 40
ID
= 6,065 in
(Kern Table 11,1950)
13. Pipa pengeluaran pendingin Molten salt keluar shell reaktor pada suhu 330 oC = 603,15 K, adapun densitas molten salt adalah: ρs
= 340,2329 kg/m3
Jumlah molten salt keluar
= 0,3402 g/L = 150.000 kg/jam
Untuk menghitung diameter optimal pipa saluran pendingin dipakai persamaan Coulson berikut : Dopt
= 226 (G)0.50 ()-0.35 = 226 (150000 kg/jam jam/3600s)0.50 (340,2329 kg/m3)-0.35 = 114,8198 mm = 4,5205 in
Diambil ukuran pipa dengan spesifikasi sebagai berikut : NPS
= 6 in
OD
= 6,625 in
Tipe
= 40
ID
= 6,065 in
(Kern Table 11,1950)
14. Man hole Man hole digunakan untuk membersihkan bagian-bagian reaktor yang tidak
terjangkau oleh alat pembersih. Diameter man hole berkisar 14 - 24 in (Backhurst). Dipilih diameter man hole 24 in dan letaknya di sebelah lubang pemasukan umpan dan pengeluaran hasil.
15. Tebal Isolasi Tebal isolasi dihitung dengan menggunakan asumsi :
R-34
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun Perpindahan panas pada keadaan steady state sehingga q1 = q2 = q3 = q4 Suhu pada permukaan shell sebelah dalam (T1) adalah sama dengan rata-
rata suhu pendingin dalam shell . Untuk menghitung T1 digunakan persamaan:
= ℎ ℎ 2 9819273,15℃ = 603,15273,15℃598, 2 = 327, 327,9160 160 ℃ Keterangan : R1
= jari- jari dalam shell
R2
= jari- jari luar shell
R3
= jari- jari luar setelah diisolasi
Xs
= tebal dinding
Xis
= tebal isolasi
Ta
= suhu udara luar 30oC
T1
= suhu dinding dalam shell
T2
= suhu dinding luar shell
T3
= suhu dinding isolator 50oC
Gambar 6. Penampang Reaktor dengan Isolasi
Bahan isolasi yang dipakai adalah diatomaceous earth dengan sifat-sifat diambil dari buku Kern, 1950: Suhu operasi maksimum
: 1600oF (871.11oC)
Densitas bahan (is)
: 27,7 lb/ft3 (443,6958 kg/m3)
Konduktivitas panas (K isis)
: 0,051 Btu/jam.ft.oF = 0,0883 W/mK
Emisivitas (is)
: 0,93
Bahan dinding reaktor adalah Stainless Steel SA-240 Grade C dengan sifatsifat berikut (Holman, 1986): Densitas bahan
: 7817 kg/m3
Kapasitas panas
: 0,46 kJ/kgoC R-35
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun
: 16,3 W/m0C (200 0C)
Konduktivitas panas (ks)
22 W/m0C (600 0C) 27 W/m0C (800 0C) Konduktitivitas panas untuk suhu T1 (T1 = 327,9160 0C) dicari dengan cara interpolasi sebagai berikut:
200℃ = 16,3 600℃200℃ 2216,3 9160 ℃200 ℃ 2216,3 =16,3 327,600℃ 600℃ 200 200 ℃ =18,1228 . . a. Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Konveksi (hc) Udara Sifat fisis udara ditentukan berdasarkan pada rerata suhu udara dengan suhu isolator. Rerata suhu tersebut (TF) dapat dihitung dengan persamaan:
= 2 = 30℃50℃ 2 ℃ ℃ TF = 40
Sifat fisis udara pada suhu 40
adalah sebagai berikut (Holman, 1986):
Kecepatan aliran gas (v)
= 1,7008. 10-5 m2/s
Koefisien pemuain volume (β)
= 3,1949. 10-3 K -1
Konduktivitas termal gas (k)
= 0,0272 W/(m.K)
Densitas gas (ρ)
= 1,1308 kg/m3
Bilangan Prandtl (Pr)
= 0,7051
Untuk mengetahui sifat aliran udara maka perlu dihitung nilai bilangan Rayleigh dengan persamaan: Ra = Gr x Pr
.. . = R-36
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun
dengan
: g = percepatan gravitasi (9,8 m2/s) L= panjang pipa over design reaktor (m)
−1 10 9, 8 3, 1 949 323, 1 5303, 1 5 5 11 = 0,7051 1,7 10− / =2,8840 10 Ra lebih besar dari 109, maka aliran udara adalah turbulen. Untuk menghitung koefisien transfer panas konveksi aliran turbulen digunakan persamaan (Holman, 1986):
ℎ=0,1 Gr.Pr/ 0, 0 272 ℎ=0,1 11 2,88410/ ℎ=3,5197
b. Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Radiasi (hr) Untuk menentukan koefisien perpindahan panas radiasi (hr) digunakan persamaan:
ℎ. ℎ. = ℰ. . T Ta
(Holman, 1986)
dengan:
ℰ
= Konstanta Boltzman
= 5,669.10-8W/m2K 4
= emisivitas dinding isolator = 0,93
− 323,15 303 0, 9 3 5, 6 6910 1 5 3 03, , 1 5 ℎ = 323, 323,1515 303, 303,15 ℎ=6,4733 c. Menghitung Panas Tiap Lapisan
Perpindahan panas di tiap lapisan dianggap steady state , sehingga q1= q2 = q3 = q4. Nilai q4 dihitung dengan persamaan:
R-37
Prarancangan Pabrik Phthalic Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ton/tahun
q4 = (hc + hr). 2.π.R 3.L.(T3-Ta) q4 = (3,5197+6,4733) 2 . R 3. L (323,15 K-303,15 K) q4 = 399,7206 . R 3. L Nilai q3 dihitung dengan persamaan:
= 2.. lnln 20,0883 883 .. . . 323,15 = 20, lnln2,6058 2.. = 2.. 2.. = 2.. ln ln ln ln 2,2,65058 804 18,1228 = 3700 3700,3,304042.. 2....660101,0,0666600
Nilai q2 dihitung dengan persamaan:
d. Menghitung Suhu Dinding Luar Shell (T2) Untuk menghitung nilai T2, terlebih dahulu nilai R 3 di-trial sehingga sehingga nilai q4 dapat diketahui. Dari persamaan di atas diketahui bahwa nilai q4 = q2. q4 =q2
= 3700 3700,3,304042.2.....660101,0,0666600 =601,06600,1080
399,7206 . R 3. L
e. Menghitung Nilai Jari-jari Reaktor Setelah Diisolasi (R 3) Nilai R 3 dapat dihitung dengan persamaan: q3 = q4
20,0883 883 .. . . 323,15 =399,7206 .R3.L = 20, lnln2,6058 = 323, 323,15 15 2407 2407,,9552 552 .ln2,6058
R-38
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Dari hasil trial diperoleh: R 3
= 2,7187 m
Tebal isolasi
= R 3 - R 2 = (2,7187 – 2,6058) m = 0,1129 m
Nilai R 3 yang didapat dari trial digunakan untuk mencari nilai T2, yaitu:
=601,06600,1080 = 600,7723 = 327,6223
f. Mengitung Jumlah Panas yang Hilang ke Lingkungan Untuk mencari besarnya nilai panas yang hilang ke lingkungan digunakan persamaan:
Qloss = (hc + hr).2.π.R 3.L.(T3 – Ta)
= 3,51976,4733 .2. .2,7187 m.11 m323,15303.15 K = 37554,1273
RESUME
Kode
: R-01
Fungsi
: mereaksikan o-xylene dan udara menjadi phthalic
anhydride dengan
kapasitas 165629,90 kg/jam R-39
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Tipe
: fixed bed multitube
Bahan konstruksi - Tube
: baja komersial ASA Standar B.36.10
- Shell
: stainless steel SA-204 Grade A
Jumlah reaktor
: 3 buah
Jumlah tube
: 7505 buah
Kondisi operasi
: non isotermal - non adiabatik
Temperatur
: 350 oC
Tekanan umpan
: 6 atm
Fase reaksi
: reaktan gas dengan katalis padat
Katalis
: V2O5
Pendingin
: molten salt
Tinggi reaktor
: 11 m
Volume reaktor
: 230,11m3
Tebal shell
: 1 in
Tinggi head
: 43,98 in
Massa katalis
: 23200,38 kg katalis
Bahan Isolasi
: diatomeous earth
Tebal isolasi
: 0,11 m
Harga
: $ 3.479.716
R-40
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
SWI TCH COND E NSE R-01 (SC-01) (D etail Design)
Gambar 1. Skema Aliran Fluida Masuk dan Keluar Switch Condenser (SC-01)
Tugas : Mengembunkan gas keluar reaktor sebanyak 165629,90 kg/jam Jenis alat : Heat Exchanger 1-1 (multi tube dengan aliran counter current antara pemanas dan pendingin) Prinsip kerja dari Switch Condenser adalah seperti Heat Exchanger dimana gas keluar reaktor akan dipisahkan dari non-condensable gas melalui pengembunan. Namun dalam perjalanan pengembunannya terdapat beberapa komponen yang memadat sehingga mengendap didalam bagian luar tube SC-01. Oleh karena itu kata switch menggambarkan setelah terjadi proses pendinginan terjdi proses pemanasan untuk melelehkan kembali padatan yang mengendap didalam SC. Oleh karena itu SC akan bekerja secara semi-kontinyu yang terdiri dari 2 tahap yaitu tahap receiving (tahap pengembunan) dan tahap melting (tahap melelehkan kembali padatan yang terendapkan didalam SC) A.1. Menghitung Panjang Switch Condenser Untuk mempermudah perhitungan panjang Switch Condenser maka SC-01 dibagi menjadi 2 zona dimana zona 1 adalah zona sensibel untuk menurunkan suhu gas dari 350oC (suhu keluaran reaktor) menjadi T dew dari campuran. Sedangkan zona 2 berfungsi sebagai sona pengembunan yang dimana pada saat pengembunan tersebut terjadi pemadatan beberapa komponen yang tidak bisa dihindarkan. Panjang Switch Condenser total adalah panjang zona 1 ditambah dengan panjang zona 2. A.1.1. Menghitung panjang zona 1
Dalam zona 1 adalah zona dimana semua komponen dalam shell masih berfase uap. Rentang suhu pada zona 1 ini adalah 350oC (suhu gas keluar reaktor) sampai dengan 211oC (T dew campuran komponen).
SC-1
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Sebelum menghitung jumlah tube beberapa variabel yang harus ditentukan di awal perancangan antara lain. -
Inside diameter tube
: 0,532 in
-
Outside diameter tube
: 0,018375 m = 0,75 in
-
PT
: 1 in
-
BWG
: 12
-
Jumlah tube
: 3876
-
Jumlah tube pass
:1
-
Jumlah shell pass
:1
-
Metrial penyusun shell dan tube adalah Carbon steel SA-283 Grade C
Diameter dalam shell dicari dengan persamaan dari Ludwig Vol. III halaman 25 sebagai berikut :
Nt =
/ 4 ( IDs 1, 080) 2 0, 9 PT ( IDs 1, 080)(0, 69 n 0,8) 1, 223 P T 2
(1)
Dimana : Nt
= jumlah tube
IDs
= diameter dalam shell, in
PT
= pitch tube, in
n
= jumlah pass
Maka dari Persamaan 1 dapat dicari ID shell sebesar 2 m
Perhitungan panjang zona 1
= . . = ..
Persamaan-persamaan yang berlaku :
(2)
(3)
SC-2
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
= . . = . . .
(4)
Dengan : Fs = flowrate fluida pendingin (mol/sekon) Cps = kapasitas panas fluida pendingin (J/(mol.K)) T = suhu didalam shell (K) Ud = koefisien transfer panas total (W/(m2.K)) ODtube = diameter tube (m) Ts = suhu didalam tube (K) F = flowrate gas umpan (mol/sekon) Cp = kapasitas panas gas (J/(mol.K)) z = panjang zona 1 (m) ntube = jumlah tube
Perhitungan dan penentuan variabel-variabel terkait
Pendingin yang digunakan dalam Switch Condenser adalah oil dengan : Cps = 1988 J/(kg.K) Ud = 94,34 J/(s.m2.K)
F = 93,12 kmol/menit = 1552,06 mol/sekon
Fs = 44,44 kg/sekon
Tin = 350oC
Tout = 211oC
Tsin = 140oC
ODtube = 0,0183 m
n tube = 3876 Untuk mempermudah perhitungan maka komponen yang mengalir dalam
Switch Condenser dikelompokkan menjadi 3 kelompok yaitu : Komponen A
SC-3
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Daftar 1. Daftar Sifat Fisis Komponen A Komponen
mi (kg)
BM
ni (kmol) Fraksi mol BM gabungan
O-xylene
4,83 106,17
0,05
0,00013
M-xylene
96,10 106,17
0,91
0,00265
340,44
0,99722
Water
6133,44
Total
6234,37
18,02
18,26
341,39
Daftar 2. Daftar Sifat Fisis (Kapasitas Panas) Komponen A Komponen
Fraksi
T rata rata
Cp
mol i
(K)
(J/molK)
O-xylene
0,00013
M-xylene
0,00265
Water
0,99722
Cp gabungan
221,01 553,65
218,31
36,05
35,54
Komponen B
Daftar 3. Daftar Sifat Fisis Komponen B Komponen
mi (kg)
BM
10410,14
148,12
70,28
0,9358
356,63
98,06
3,64
0,0484
Toluic acid
24,76
136,15
0,18
0,0024
Phthalide
24,39
134,14
0,18
0,0024
Benzoic acid
88,83
122,12
0,73
0,0097
Citraconic acid
11,83
130,10
0,09
0,0012
Phthalic anhydride Maleic anhydride
10916,57
ni (kmol)
Fraksi mol i
BM gabungan
145,36
75,10
SC-4
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Daftar 4. Daftar Sifat Fisis Komponen B Komponen
Fraksi mol i
Cp (J/molK)
0,9358
188,54
anhydride
0,0484
159,55
Toluic acid
0,0024
220,98
Phthalide
0,0024
551,26
Benzoic acid
0,0097
182,57
Citraconic acid
0,0012
225,54
Cp gabungan
Phthalic anhydride Maleic 188,08
Komponen C
Daftar 5. Daftar Sifat Fisis Komponen C Komponen
mi (kg)
BM
ni (kmol) Fraksi mol i BM gabungan
Carbon monoxide
3328,23 28,01
118,82
0,0230
Carbon dioxide
2862,68 44,01
65,04
0,0126
Oxygen
20703,17 32,00
646,97
0,1251
Nitrogen
121583,32 28,01
4340,09
0,8393
1,56 39,95
0,04
7,546.10-06
Argon
148478,96
28,71
5170,97
Daftar 6. Daftar Sifat Fisis (Kapasitas Panas) Komponen C Komponen
Fraksi mol i
Cp (J/molK)
monoxide
0,0230
30,22
Carbon dioxide
0,0126
45,52
Oxygen
0,1251
31,57
Nitrogen
0,8393
29,76
7,546.10-06
20,79
Cp gabungan
Carbon
Argon
30,33
SC-5
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Physical Properties gabungan untuk ketiga komponen tersebut dapat dilihat pada Daftar 7 berikut ini : Daftar 7. Daftar Sifat Fisis Gabungan Komponen A, B, dan C Kompone
Fraksi
T rata
Cp gabungan
BM gabungan
n
mol
rata (K)
(J/mol.K)
(kg/kmol)
A
0,0611
B
0,0134
553,65
32,78
29,64
C
0,9255
= 1552,06 sekonmol .32,82 molJoul .JeKoul. e350 211 = 7080912,626 sekon 7080912, 6 26 = 32,82 .1988. + 140+273,15 = 220,5 C = 493,64 K 7080912, 6 2 = 94,34 2. . 2.3,14.0,018375 . 3876.350 220,3505211140 220, 5 211 140 = 3,44
Dari Persamaan 2 maka didapatkan nilai :
Dari Persamaan 2 maka didapatkan nilai :
Dari Persamaan 3 maka didapatkan nilai :
A.1.2 Menghitung panjang zona 2
Zona 2 adalah zona pengembunan dimana dalam zona ini terjadi perubahan fase komponen uap A dan B menjadi cair. Rentang suhu pada zona 2 berkisar dari suhu 211oC (suhu jenuh komponen A dan B) sampai dengan 105oC (T bubble komponen A dan B). Namun dalam perjalanannya terjadi perubahan fasa sebagian komponen A menjadi padatan pada suhu 130oC. Sehingga padatan akan terakumulasi dalam bagian bawah zona 2. Perhitungan panjang zona 1 Persamaan-persamaan yang berlaku : SC-6
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
= .∆ + .∆ +0,8. . ∆+. . = .. = . . = . . .
(5)
(6)
(7)
Dengan : ma = massa A yang mengembun total (mol/sekon) mb = massa B yang mengembun total (mol/sekon) ∆Hva = panas pengembunan A (J/mol) ∆Hvb = panas pengembunan B (J/mol)
Fc = flowrate komponen C (mol/sekon) Cpc = kapasitas panas C (J/(mol.K)
Perhitungan dan penentuan variabel-variabel terkait
Pendingin yang digunakan dalam Switch Condenser adalah oil dengan : Cps = 1988 J/(kg.K) Ud = 94,34 J/(s.m2.K)
F = 93,12 kmol/menit = 1552,06 mol/sekon
Fs = 44,44 kg/sekon
Tin = 211oC
Tout = 105oC
Tsout = 140oC
ODtube = 0,0183 m
n tube = 3876
ma = 20,86 mol/sekon
ma + mb = 115,69 mol/sekon
Fc = 1436,374 mol/sekon
SC-7
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Dengan perhitungan yang sama dengan perhitungan pada zona 1 maka didapatkan properties dari komponen yang mengalir dalam shell side sebagai berikut : Daftar 8. Sifat Fisis Fluida pada Shell Side Komponen
T rata-rata zona 2 (K)
A B
431,15
C
Cpv (J/mol.K)
Cpl (J/mol.K)
34,79397633
78,82458417
151,5327478
252,5324306
29,65969773
Perhitungan nilai panas pengembunan komponen A dan B Daftar 9. Perhitungan Panas Pengembunan Komponen A dan B Komponen
O-xylene
M-xylene
Tc
A
n
Hvi
Fraksi
630,3
0,3
32,1
0,000
7
8
5
3
617,0
0,4
29,8
0,005
5
6
1
6
791,0
0,0
53,5
0,607
0
4
3
0
721,0
0,2
46,8
0,020
0
2
4
8
751,0
0,3
61,2
0,001
0
9
1
4
710,0
0,0
43,6
0,001
0
4
1
4
751,0
0,3
53,6
0,005
79,55
0
8
9
2
121,1
829,0
0,3
86,5
0,000
9
0
8
4
7
647,1
0,3
33,4
0,357
3
2
4
6
(K)
55,61
60,22
Phthalic anhydride
Maleic anhydride
Toluic acid
Phthalide
Benzoic acid
Citraconic acid
Water
55,50
59,57
91,44
45,55
52,05
Hv
Hv parsial (kJ/mol)
0,01
0,17
32,49
0,97
0,09
0,06
0,28
0,06
11,96 46,09
SC-8
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Daftar 10. Perhitungan Panas Pemadatan Komponen A Komponen
Fraksi mol Hb (J/mol)
Hb parsial
Phthalic anhydride
0,9536
2786,00
2656,75
Maleic anhydride
0,0327
2911,00
95,10
Toluic acid
0,0023
2425,00
5,50
Phthalide
0,0022
8664,00
19,36
Benzoic acid
0,0081
4125,00
33,57
Citraconic acid
0,0011
4732,00
5,13
Hb
2815,40
= 11,61 .46088,75 +0,8.20, 86 .2815,40 +144,21 .29,65 . . 211105 = 9894987,20 9894987, 2 0 = 140 +273,15 44,4 .1988. = 301,15 = 28 C 9894987, 2 = 94,34 2. . 2.3,14.0,018375 . 3876.211 140211 105 28 140 105 28 = 6,34
Dari Persamaan 5 didapatkan nilai :
Dari Persamaan 6 didapatkan nilai :
Dari Persamaan 7 maka didapatkan nilai :
Jadi panjang total Switch Condenser adalah = 3,44+6,34 = 9,52 meter
A.2. Menghitung Waktu Tahap Receiving dan Melting A.2.1. Menghitung waktu tahap receiving
SC-9
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Total waktu receiving dapat dicari dengan :
Diinginkan total massa gas yang masuk ke dalam Switch Condenser setiap siklusnya adalah sebesar 931,24 kmol/batch
Jumlah Switch Condenser = 2 unit
Flowrate umpan = 93,12 kmol/menit
Total waktu receiving =
,, = 10
A.2.2. Menghitung waktu tahap melting
Dalam tahap melting ini terjadi perubahan fase komponen B yang sudah memadat berubah menjadi cairan. Tahap melting ini hanya terjadi di dalam zona 2 karena distribusi padatan B hanya terkonsentrasi pada zona tersebut. Suhu awalan padatan adalah 105oC dan suhu akhir cairan B adalah 130oC.
= .∆ = ..
Persamaan yang berlaku dalam tahap melting ini adalah :
(10)
(11)
Dengan : mb = massa B yang mencair total (mol) ∆Hsb = panas pelelehan B (J/mol)
Tin = suhu awal shell side (K) Tout = suhu akhir shell side (K) Tsin = suhu masuk pemanas (K) Tsout = suhu keluar pemanas (K)
Perhitungan dan penentuan variabel-variabel terkait
Pemanas yang digunakan dalam Switch Condenser adalah oil dengan : Cps = 1988 J/(kg.K)
Fs = 3,58 kg/sekon
Tin = 105oC
Tout = 130oC
Tsin = 135oC
SC-10
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Tsin = 102oC
ODtube = 0,0183 m
n tube = 1049
ma = 20027,09 mol
∆Hsb = 2815,40 J/mol (dari data tahap receiving di zona 2)
= 20027,09 .2815,40 = 56384331,36 = 0,7161 .1988 . . 130 100 = 46986,967 6384331,96736 = 1,99 = 546986,
Dari persamaan 10 didapatkan nilai :
Dari persamaan 11 didapatkan nilai :
Maka didapatkan waktu melting total adalah sebagai berikut :
Maka waktu total 1 siklus operasi Switch Condenser adalah = 12 menit Gann Chart untuk proses batch didalam Switch Condenser adalah sebagai berikut :
Tahap Receiving
Tahap Melting
10 menit
10 menit
10 menit
2
2
2
2
menit
menit
menit
menit
SC-01 SC02
Gambar 2. Gannt Chart Proses di dalam Switch Condenser
SC-11
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Waktu pergantian siklus adalah 10 menit dan terdapat jeda waktu antara proses melting ke proses melting selanjutnya selama 8 menit.
A.3. Evaluasi Ketebalan Padatan pada Permukaan Luar Tube Setelah Tahap Reciving
Massa padatan total = 10,01 kmol = 1455,54 kg OD tube
= 0,018375 m
ID shell
=2m
Panjang zona 2 = 6,34 m
Jumlah tube padatan
= 3876 = 1231 kg/m3
Volume padatan = padatan.m padatan = 1,18 m3 Volume ruang kosong tanpa padatan =
, .. , ...
= 13,39 m3
Volume ruang kosong dengan padatan = 13,39-1,18 = 12,21m3
, = 0,00030 √ 4,8.10−. , +0,018375 = 0,019
Volume padatan yang melekat disetiap tube =
3
Luas padatan tiap tube = 0,00030 m3/6,34 m = 4,8.10-5 m2 Diameter luar tube + tebal padatan =
Tebal padatan = 0,019-0,0183 = 0,001 m =1 mm
Dari hasil tersebut maka dapat disimpulkan bahwa ketebalan padatan pada tube sangat kecil sehingga perubahan koefisien transfer panas akibat melekatnya padatan dipermukaan tube dapat diabaikan. Selain itu aliran dalam shell pun tidak terlalu terganggu akibat adanya padatan yang melekat dalam tube karena luas ruang kosong dengan padatan masih sangat besar sekitar 91% dari luas ruang kosong total tanpa padatan.
A.4. Menghitung Pressure Drop
Untuk perhitungan pressure drop pada Switch Condenser menggunakan algoritma yang ada pada Handbook Heat Transfer karya Kern. Shell side
SC-12
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
= 350 2105 = 227,5 = 441,5 = 0,0135 = 0,0327 . 4 . 0, 5 . . 0 , 8 6. 0, 5 . . 4 = 0,5.. = 0,7094 = 0,0591 27605, 0 0,454. = 39,21. 00,,745154 . 39,21 = = . !44. 144.1 = 22780,4 . ℎ = . = 41221 = 0,001 ., 12. = , = 9,82 = 0,0451 = 0, 030072 = 12 = 9,1221 = 3,27 ∆ = 0,5.5,.22.1.0...+1 = 3,74 = 0,254 dari figure 15 Kern
Persamaan 7.5 Kern
figure 29 Kern
Jumalah cross = N+1 = BM uap = 29,64
s=
Jadi didalam shell terjadi penurunan tekanan sistem sebesar dari 1,3 atm menjadi 1,045 atm
A.5. Menghitung Mechanical Design Switch Condenser
Ukuran Switch Condenser total adalah : L
= 9,78 m = 385,19 in =32,09 ft
ID shell
= 78,74 in = 2 m = 6,56 ft
V
= 30,72 m3 = 1874764,70 in3 =1084,933 ft3
SC-13
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
A.5.1. Menghitung Tebal Switch Condenser
Direncanakan menggunakan shell plate komersial Carbon steel SA-283 Grade C dengan spesifikasi sebagai berikut : f = stress yang diijinkan, 12650 lb/in2 (Daftar 13.1 Brownell & Young ) E = efisiensi pengelasan (Daftar 13.2 Brownell & Young ) = 0,85, untuk double-weided butt-joint construction c = factor korosi, 2 mm = 0,0787 inch Tebal dinding dihitung dengan persamaan : t =
p d 2 f E
(Persamaan 3.16, Brownell , hal. 45)
c
Tekanan dalam dinding dengan persamaan : p =
1
L H
(Persamaan 3.17, Brownell , hal. 46)
144
Dimana : t = tebal dinding, in p = tekanan dalam tangki, lb/in2 d = diameter dalam, in c = factor korosi, in f = tekanan maksimum yang diijinkan, lb/in2 E = efisiensi pengelasan H = tinggi dari dasar course ke puncak, ft ρL = densitas airan, lb/ft
Gabungan dari dua persamaan tersebut menghasilkan : t =
t =
L
H 1 12 D
144 2
54 H
f E
c
1 12 D
288 12650 0,80
0,07874
t = 2,09∙10-4 (H – 1)D + 0,07874
Plate yang digunakan sebanyak delapan buah untuk tiap course dengan jarak sambungan antar plate 5/32 in (Appendix E, Brownell ) untuk penyambungan
SC-14
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
vertikal (allowance vertical welded joint) dan lebar plate 6 ft . Panjang plate dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : L =
d weld length 12 n
Dimana : L = panjang plate, ft d = diameter dalam tangki + tebal shell, in n = jumlah course Weld length = 2 × allowable weld joint Course 1 t1
4
2,209.10
32,1 1 3,26 0,07874 0,121in
Digunakan tebal shell 0,1875 in : L1
3,14 78,74 0,1875 10 5/ 32 12 6
3, 42 ft
Jadi ukuran plate (course 1) = 3,42 ft × 6 ft × 0,1875 in Dengan cara yang sama maka dapat dihitung tebal dan panjang plate untuk course 2 s/d 6 sehingga didapat hasil seperti Daftar 13 berikut.
Daftar 11 .Tebal Switch Condenser Course H (ft) 1 32,100
2 3 4 5 6
26,100 20,100 14,100 8,100 2,100
t (in) t standard (in) 0,121 0,1875
D (in) L plate (ft) 78,740 3,420
0,113 0,105 0,097 0,088 0,080
78,740 78,740 78,740 78,740 78,740
0,1875 0,1875 0,1875 0,1875 0,1875
3,420 3,420 3,420 3,420 3,420
A.5.2. Menghitung Diameter Pipa Pengisian dan Pengeluaran
Pipa Pemasukan Gas
Jumlah gas masuk (G)
= 165629,9 kg/jam
= 46,00 kg/s
28,17515/ = 1,3 8,3. 114.01,335025 +273, = 0, 7 16 Berat molekul campuran gas umpan
= 28,175 kg/kgmol
SC-15
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Untuk menghitung diameter optimal pipa saluran gas dipakai persamaan Coulson berikut: = 226 (G)0.50 ()-0.35
Dopt
= 1722,79 mm = 172,27 cm = 67,82 in Diambil ukuran pipa standard sebesar 68 in
Pipa Pengeluaran Campuran Cair dan Gas
Jumlah gas keluar
= 148478,95 kg/jam
Jumlah cairan keluar
= 172,27 kg/jam
Total fluida keluar SC
= 148651,20 kg/jam = 41,29
= 8, 31,14.1.101,105325+273,28,7115 = 0,92 kg/sekon
BM campuran gas keluar Switch Condenser
= 1239,60 kg/m3 = 28,71 kg/kgmol
= 2,36 kg/m3
Untuk menghitung diameter optimal pipa saluran gas dipakai persamaan Coulson berikut: Dopt
= 226 (G)0.50 ()-0.35 = 226 (41,29 kg/s)0.50 (2,36kg/m3)-0.35 = 1075,14 mm = 42,32 in
Diambil ukuran pipa standard sebesar 44 in A.5.1. Menghitung Tebal Isolasi
Tebal isolasi dihitung dengan menggunakan asumsi :
Perpindahan panas pada keadaan steady state sehingga q1 = q2 = q3 = q4
Suhu pada permukaan shell sebelah dalam (T1) adalah sama dengan ratarata suhu pendingin dalam shell .
= ℎ +ℎ 2
Untuk menghitung T1 digunakan persamaan:
SC-16
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
= 28228℃ 2 = 124 ℃
Keterangan : R1
= jari- jari dalam shell
R2
= jari- jari luar shell
R3
= jari- jari luar setelah diisolasi
Xs
= tebal dinding
Xis
= tebal isolasi
Ta
= suhu udara luar 30oC
T1
= suhu dinding dalam shell
T2
= suhu dinding luar shell
T3
= suhu dinding isolator 50oC
Gambar 3. Penampang Switch Condenser dengan Isolasi
Bahan isolasi yang dipakai adalah diatomaceous earth dengan sifat-sifat diambil dari buku Kern, 1950: Suhu operasi maksimum
: 1600oF (871.11oC)
Densitas bahan (is)
: 27,7 lb/ft3 (443,6958 kg/m3)
Konduktivitas panas (K is)
: 0,051 Btu/jam.ft.oF = 0,0883 W/mK
Emisivitas (is)
: 0,93
Bahan dinding reaktor adalah Carbon steel SA-283 Grade C dengan sifat-sifat berikut (Holman, 1986): Densitas bahan
: 7817 kg/m3
Kapasitas panas
: 0,46 kJ/kgoC
Konduktivitas panas (ks)
: 16,3 W/m0C (200 0C) 22 W/m0C (600 0C) 27 W/m0C (800 0C)
Konduktitivitas panas untuk suhu T1 (T1 = 124 0C) dicari dengan cara
600℃200℃ 16, 3 = 200℃ 22 16,3
interpolasi sebagai berikut:
SC-17
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
℃200℃℃2216,3 = 16,3 + 1247600℃200 = 15,21 . a. Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Konveksi (hc) Udara Sifat fisis udara ditentukan berdasarkan pada rerata suhu udara dengan suhu
2 =30℃ ++50℃ = 2 ℃ ℃
isolator. Rerata suhu tersebut (TF) dapat dihitung dengan persamaan:
TF = 40
Sifat fisis udara pada suhu 40 Kecepatan Koefisien
aliran gas (v)
adalah sebagai berikut (Holman, 1986): = 1,7008. 10-5 m2/s
pemuain volume (β)
Konduktivitas
termal gas (k)
= 3,1949. 10-3 K -1 = 0,0272 W/(m.K)
Densitas
gas (ρ)
= 1,1308 kg/m3
Bilangan
Prandtl (Pr)
= 0,7051
Untuk mengetahui sifat aliran udara maka perlu dihitung nilai bilangan Rayleigh dengan persamaan:
. . . = Ra = Gr x Pr
dengan
: g = percepatan gravitasi (9,8 m2/s)
L= panjang pipa switch condenser (m)
− 10 1 9 , 8 3, 1 949 3 23, 1 5 303, 1 5 9 , 7 8 = 1,7 10− / 0,7051 = 2,02 10 SC-18
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
Ra lebih besar dari 109, maka aliran udara adalah turbulen. Untuk menghitung koefisien transfer panas konveksi aliran turbulen digunakan
Gr.Pr/ ℎ = 0, 1 0, 0 272 ℎ = 0,1 9,78 2,02 10/ ℎ = 3,487
persamaan (Holman, 1986):
b. Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Radiasi (hr) Untuk menentukan koefisien perpindahan panas radiasi (hr) digunakan
ℎ. = ℰ. . T Ta
persamaan:
dengan:
(Holman, 1986)
= 5,669.10-8W/m2K 4
ℰ − 0 , 9 3 5, 6 6910 3 23, 1 5 303, 1 5 ℎ = 323,15 303,15 ℎ = 6,4733
= Konstanta Boltzman
= emisivitas dinding isolator
c. Menghitung Panas Tiap Lapisan
Perpindahan panas di tiap lapisan dianggap steady state , sehingga q1= q2 = q3 = q4. Nilai q4 dihitung dengan persamaan: q4 = (hc + hr). 2.π.R 3.L.(T3-Ta) q4 = (3,1327+6,4733) 2 . R 3. L (323,15 K-303,15 K) q4 = 384,2416 . R 3. L Nilai q3 dihitung dengan persamaan:
SC-19
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
= 2..ln = 20,0883 l.n1 . 323,15 = 2ln. .1,8492 = 2ln. .1,81492 15,21 = 7140,8271. . . 600,0657
Nilai q2 dihitung dengan persamaan:
d. Menghitung Suhu Dinding Luar Shell (T2) Untuk menghitung nilai T2, terlebih dahulu nilai R 3 di-trial sehingga nilai q4 dapat diketahui. Dari persamaan di atas diketahui bahwa nilai q4 = q2.
384,2416 . R3.L ==600,7140,06578271.0,.0538. 600, 0657 q4 =q2
e. Menghitung Nilai Jari-jari Switch Condenser Setelah Diisolasi (R 3) Nilai R 3 dapat dihitung dengan persamaan:
20,0883ln. . 323,15 = 384,2416 .R3.L 1,569 = 323,15+2175,7735 .ln(1,5690 ) q3 = q4
Dari hasil trial diperoleh: R 3
= 1,1186 m
Tebal isolasi
= R 3 - R 2 = (1,7186 – 1,5690) m = 0,181 m
SC-20
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun RESUME
Kode
: SC-01
Fungsi
: Mengembunkan gas keluar reaktor dengan kapasitas
165629,90
kg/jam
Tipe
: Multitube heat exchanger 1-1 dengan aliran counter
current Jumlah alat
:2
Waktu siklus
: 12 menit
Tahap desublimasi
: 10 menit
Tahap melting
: 2 menit
Medium pemanas/pendingin : Crude oil Beban desublimasi
: 10185540 kJ/siklus
Beban pemanas
: 28192,17 kJ/siklus
Flowrate pendingin
: 44,44 kg/sekon
Flowrate pemanas
: 3,58 kg/sekon
Luas transfer panas
: 2188,09 m2
Kondisi operasi
:
Tekanan
: 1,3 atm
Tahap receiving
:
-
Suhu gas masuk
: 350oC
-
Suhu keluar proses receiving
: 105oC
-
Suhu pendingin masuk
: 28oC
-
Suhu pendingin keluar
: 211oC
Tahap melting -
Suhu awal padatan
: 105oC
-
Suhu keluar cairan
: 130oC
-
Suhu pemanas masuk
: 135oC
-
Suhu pemanas keluar
: 102oC
Dimensi
:
:
Shell side
:
-
Komponen yang mengalir
: Crude oil pendingin dan pemanas
-
Jumlah pass
:1
SC-21
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun
-
Bahan
: Carbon steel SA-283 Grade C
-
Inside diameter
: 78,74 in = 2 m = 6,56 ft
-
Tebal
: 0,1875 in
-
Panjang plate
: 3,42 ft
-
Panjang shell
: 9,78 m
Tube side
:
-
Komponen yang mengalir
: Fluida keluar reactor
-
Inside diameter
: 0,532 in
-
Outside diameter
: 0,018375 m = 0,75 in
-
PT
: 1 in
-
BWG
: 12
-
Panjang tube
: 9,78 m
-
Jumlah pass
:1
-
Jumlah tube
: 3876
-
Bahan
: Carbon steel SA-283 Grade C
Pressure Drop
: 0,254 atm
Tebal isolasi
: 0,181 m
Jenis isolasi
: Diatomaceous Earth
Harga
: $ 616680
SC-22
Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S., and Newton, R.D., 1955, “Chemical Engineering Cost” ,Mc.Graw Hill Book Co., New York. Badan Pusat Statistik Republik Indonesia, 2008, “Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia; Impor”, jilid 2, Jakarta. Badan Pusat Statistik Republik Indonesia, 2009, “Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia; Impor”, jilid 2, Jakarta. Badan Pusat Statistik Republik Indonesia, 2010, “Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia; Impor”, jilid 2, Jakarta. Badan Pusat Statistik Republik Indonesia, 2011, “Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia; Impor”, jilid 2, Jakarta. Brown, G.G., 1978 “Unit Operations”, Mc. Graw Hill Book Co, New York. Brownell, L.E., and Young, E.H.,1959 , “ Process Equipment Design”, John Willey and Sons Inc., New York. Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 2005, “Chemical Engineering Design”, 4 ed., Vol 6, Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford. Evans Jr, F.L., 1974, “Equipment Design Handbook For Refineries and Chemical Plants”. 2 ed., Vol 2, Gulf Publishing Compony, Texas. Foust, A.S., 1980,“ Principles of Unit Operation”, 2nd ed., John Willey and Sons Inc., New York. Froment, G.F., and Bischoff, K.B., 1980, “Chemical Reactor Analysis and Design”, 2nd ed., John Willey and Sons Inc., New York. Hill, C.G., 1977, “ An Introduction to Chemical Engineering Kinetic and Reactor Design”, John Willey and Sons Inc., New York. Kern, D.Q., 1965, “ Process Heat Transfer ”, International Student edition, Mc. Graw Hill International Book Co., Tokyo. Kirk, K.E., and Othmer, D.F.,1978, “ Encyclopedia of Chemical Technology”, 3rd ed., Vol.9, John Willey and Sons Inc., New York. Ludwig, B.E. , 1988, “ Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plant ”, 2 nd ed., Gulf Publishing Co., Houston, Texas.
162