LAPORAN KERJA PRAKTEK UNIT PRODUKSI UREA
Disusun oleh : Indrihapsari (121!1" Ri#$i Kurniasih (121!1!"
UNIT PRODUKSI UREA
Pabrik ini didesain untuk memproduksi urea sebanyak 1400 ton per hari dengan menggunakan proses ACES (Advanced Cost and Energy Saving) yang hemat energi. Pabrik menggunakan gas C ! dan amoniak cair dari pabrik amoniak sebagai bahan baku. "as C! dan amoniak cair direaksikan membentuk amonium karbamat (#$ !C#$4) dan di%an&utkan dehidrasi karbamat membentuk urea (#$!C#$!). 'arutan urea dimurnikan dengan cara
menguraikan
dan memisahkan amonium karbamat yang tidak terkonversi
dengan penurunan tekanan dan pemanasan da%am dua tingkat decomposer . 'arutan urea se%an&utnya dipekatkan dengan cara menguapkan air dan %arutan %ainnya hingga kepekatan *+ berat. 'arutan urea pekat diproses men&adi butiran dengan cara di spray dan pendinginan menggunakan udara. "as #$ , dan C! yang terpisahkan diambi% kemba%i da%am dua tingkat absorbsi menggunakan proses kondesat sebagai absorben dan kemudian dikemba%ikan ke tahap sintesis. -ap air yang teruapkan dan terpisahkan didinginkan dan dikondesasikan. Se&um%ah keci% urea #$ , dan C ! da%am kondensat dio%ah dan dipisahkan dengan cara stripping dan hidro%isa kemudian dikirim kemba%i untuk direaksikan membentuk urea. Proses di pabrik urea dapat dibagi da%am tahap yaitu / tahap sintesis puriikasi konsentrasi dan pembutiran recovery dan pengo%ahan proses kondensat.
1. ahap Sintesis -rea dibuat dengan mereaksikan amoniak dan C! membentuk amonium karbamat (se%an&utnya disebut karbamat) dengan reaksi yang sangat eksotermis kemudian diikuti dengan reaksi dehidrasi amonium karbamat men&adi urea yang endotemis. 2eaksi kimia yang ter&adi di da%am reaktor ada%ah dua tingkat yaitu sebagai berikut / a. Pembentukkan karbamat / ! #$, 3 C!
#$!C#$4
b. 5ehidrasi karbamat / #$!C#$4
#$!C#$! 3 $!
2eaksinya ada%ah reversibe% dan ber%angsung pada temperatur 1*461** 7C dan tekanan 1* kg8cm !g dengan perbandingan umpan yang digunakan ada%ah $!8C! 9 0:4 dan #$,8C! 9 40. Proses pada tahap ini di%aksanakan pada empat a%at utama /
1.1 2eaktor (5C6101) 5i da%am reaktor ter&adi pengontakkan #$ , cair dan %arutan karbamat. #$ , cair dipompa ke reaktor menggunakan #$ , feed pump ("A6101A8;) dan me%a%ui ammonia preheater (EA610,). 'arutan karbamat berasa% dari carbamat condenser . 5engan pengontakkan ini ter&adi reaksi pembentukkan karbamat dan urea.
aktu reaksi -ntuk mencapai konversi urea yang tinggi diper%ukan ?aktu reaksi yang cukup. >aktu reaksi diatur8dikenda%ikan dengan ketinggian %eve% cairan da%am reaktor. 'eve% tinggi menyebabkan adanya %arutan yang
terba?a ke scrubber . 'eve% yang rendah akan mengurangi ?aktu reaksi sehingga konversi yang didinginkan tidak tercapai. 'eve% operasi berkisar 16,+.
1.!
Stripper (5A6101) Stripper berungsi untuk menguraikan %arutan karbamat yang tidak terkonversi dan memisahkan #$, dan C! dari %arutan urea. Ekses #$, dipisahkan dari a%iran dengan menggunakan tray-tray pada bagian atas stripper. 2eaksi penguraian yang ter&adi / #$!C#$4
!#$, 3 C!
penguraian
merupakan
endotermis
untuk
memenuhi
kebutuhan ka%or reaksi diper%ukan temperatur yang tinggi. emperatur yang
ter%a%u tinggi dapat menyebabkan korosi pada dinding stripper . emperatur rendah akan menurunkan %a&u penguraian. Stripper beroperasi pada temperatur 1*61**oC. b. 'eve% Agar sebagian besar karbamat dapat diuraikan diper%ukan ?aktu kontak antara %arutan dengan pemanas yang mencukupi.
3 $!
!#$, 3
C! 6 @
#$!C#$4 (biuret) 3 #$, 6 @
'eve% di&aga pada rentang ,06,=+. Pengenda%ian %eve% di%akukan dengan mengatur bukaan valve pada bagian ke%uaran. c.
A%iran C! Se%ain dengan menggunakan pemanas penguraian karbamat dapat di%akukan dengan meningkatkan tekanan parsia% C !. A%iran C ! rendah akan menurunkan penguraian karbamat sedangkan a%iran C ! yang tinggi akan menurunkan perbandingan mo%ar #$ ,8C! pada reaktor. 'a&u a%ir C ! tergantung pada &um%ah produksi.
d. ekanan Steam Steam berungsi sebagai pemanas apabi%a tekanan steam meningkat dengan sendirinya temperatur meningkat. Peningkatan temperatur dapat mengakibatkan ter&adinya pembentukkan biuret dan hidro%isa urea. ekanan steam rendah ka%or yang dibutuhkan untuk menguraikan karbamat tidak mencukupi sehingga eisiensi stripper menurun. 'arutan urea ke%uaran stripper diekspansi hingga tekanan men&adi 1=61 kg8cm ! dan temperatur 1,61,:oC. 'arutan urea se%an&utnya dipanaskan pada bagian shell EA6 10!.
1.,
Scrubber (5A610!) Scrubber berungsi untuk mengabsorp gas6gas dari reaktor dengan menggunkan %arutan karbamat recycle. Absorpsi ter&adi dengan adanya reaksi pembentukkan karbamat dari gas6gas tersebut.
!#$,
3 C!
#$4C#$ ! 3
@
'arutan dia%irkan ke carbamate condenser (EA6101). "as6gas yang tidak terabsorp dikirim ke $P decomposer (5A6!01) untuk diabsorp %ebih %an&ut.
1.4
Carbamate Condenser (EA6101 dan EA610!) 5ida%am EA6101 dan EA610! gas dari 5A6101 dikondensasikan dan diabsorbsi o%eh %arutan karbamat recycle dari tahap recovery.
3 C!
#$4C#$ ! 3
@
EA6101 berungsi mengabsorp gas menggunakan %arutan karbamat dari scrubber dan memanaatkan panas reaksi untuk menghasi%kan steam. 'arutan karbamat yang terbentuk dia%irkan ke reaktor. Apabi%a temperatur EA6101 tinggi maka temperatur pada reaktor meningkat dan seba%iknya. Steam yang dihasi%kan diper%ukan kontro% terhadap tekananya. Peningkatan tekanan steam akan menurunkan ka%or yang diserap dari EA6101 dan ha% ini akan mengakibatkan peningkatan pada temperatur ba?ah reaktor. EA610! berungsi mengabsorp gas menggunakan %arutan karbamat recycle dan panas reaksi dimanaatkan untuk memanaskan %arutan urea sebe%um masuk ke $P decomposer . 'arutan karbamat yang terbentuk diproses %ebih %an&ut pada reaktor membentuk urea. 'arutan urea dipanaskan pada bagian shell dengan pemanasan ini karbamat yang tersisa akan terurai men&adi amoniak dan C!. emperatur reaksi per%u dikontro% karena proses ini mempengaruhi kondisi proses pada reaktor dan $P decomposer . Apabi%a temperatur rendah maka temperatur reaktor dan $P decomposer turun. Penurunan temperatur pada $P decomposer akan menambah beban pada tahap puriikasi. 'arutan urea yang dipanaskan pada bagian shell EA610! dia%irkan ke tahap puriikasi
!. ahap Puriikasi Pada tahap ini ammonium karbamat air dan #$ , yang terkandung %arutan urea diuraikan dan dipisahkan dengan cara pemanasan dan penurunan tekanan. 2eaksi yang ter&adi / #$!C#$4
! #$, 3 C! 6 @
ahap purikasi di%aksanakan pada dua a%at /
!.1
$P Decomposer (5A6!01) 5i da%am 5A6!01 karbamat yang masih diuraikan menggunakan pemanas menggunakan steam condensate di da%am falling film type internal heat exchanger . -ntuk mencegah korosi pada vessel dimasukkan gas ke%uaran 5A6 10! karena gas mengandung oksigen. 5a%am proses dekomposisi dan pemisahan diper%ukan kontro% terhadap / a. emperatur emperatur operasi menun&ukkan &um%ah ka%or yang tersedia . emperatur rendah akan menurunkan &um%ah dekomposisi karbamat sehingga menambah beban 'P decomposer (5A6!0!). emperatur tinggi dapat menyebabkan korosi pada pera%atan dan pembentukkan biuret serta hidro%isa air / #$!C#$! !#$!C#$!
3 $!
!#$, 3
C! 6 @
#$!C#$4 (biuret) 3 #$, 6 @
5A6!01 beroperasi pada temperatur 1=61 oC. b. ekanan 'a&u dekomposisi meningkat dengan penurunan tekanan operasi dan seba%iknya. etapi tekanan yang ter%a%u rendah akan menurunkan temperatur operasi. 5A6!01 beroperasi pada tekanan 1*61* kg8cm !. c. 'eve% 'eve% menun&ukkan %amanya %arutan di da%am 5A6!01. 'eve% yang tinggi dapat menyebabkan ter&adi reaksi samping berupa pembentukkan biuret. 'eve% rendah akan menyebabkan ter&adinya kesa%ahan pengukuran pada a%at kontro% temperatur. ;i%a ini terus ber%an&ut akan menyebabkan tekanan %arutan menu&u 5A6!0! me%ebihi tekanan desain. 'eve% pada 5A6 !01 di&aga pada ,16,,+. 'arutan urea dari 5A6!01 dia%irkan ke 5A6!0!.
!.!
'P Decomposer (5A6!0!) 'arutan urea dari 5A6!01 yang masih mengandung #$ , C! dan karbamat dimurnikan %ebih %an&ut. Proses pemurnian di%akukan dengan penurunan tekanan men&adi !6!: kg8cm ! pemanasan dengan steam condensate dan C! stripping . Agar proses pemurnian ber&a%an dengan baik per%u dikontro% /
a. emperatur Peningkatan temperatur akan mempermudah pe%epasan gas dari %arutan tetapi apabi%a temperatur ter%a%u tinggi akan ter&adi pembentukkan biuret dan hidro%isa urea. emperatur operasi 5A6!0! ada%ah 1!,61!0C. b. ekanan Penurunan tekanan akan meningkatkan %a&u dekomposisi dan pe%epasan gas dari %arutan. ekanan ter%a%u rendah dapat membuat %arutan men&adi pekat dan su%it untuk dia%irkan. ekanan operasi pada !6!: kg8cm!. c. 'eve% Pengaruh %eve% sama dengan pengaruh pada 5A6!01. d. A%iran C! Penambahan gas C ! pada 5A6!0! berungsi untuk mempercepat proses dekomposisi karbamat dan pemisahan gas6gas yang ter%arut. A%iran gas C! rendah akan menurunkan kemampuan dari decomposer . etapi %a&u C! ter%a%u tinggi akan meningkatkan kadar C ! dan titik %e%eh %arutan meningkat. Penurunan tititk %e%eh akan menyebabkan pembentukkan krista% urea da%am a%iran dan su%it untuk dia%irkan. 'a&u a%ir C ! di&aga pada %a&u 1061:0 #m,8&am. 'arutan urea se%an&utnya dikirim flash separator (A6!0) untuk memisahkan gas6gas yang masih tersisa. 'arutan urea diekspansi men&adi tekanan atmoser dan gas6gas yang ter%arut akan ter%epas. "as yang terbentuk dipisahkan da%am A6!0 dan dikirim ke tahap recovery. 'arutan urea dia%irkan ke urea solution tank (A6!01).
,. ahap Evaporasi8Pemekatan 5a%am tahap ini %arutan urea dipekatkan mencapai *+ berat sebe%um dikirim ke prilling tower . Pemekatan %arutan di%akukan dengan menguap air yang terdapat da%am %arutan menggunakan pemanasan dan tekanan vakum. ahap ini terdiri atas dua a%at utama/
3.1 acum Concentrator (A6!0!A8;) 'arutan urea dari A6!01 dipompakan ke da%am A6!01A. 'arutan urea divakumkan menggunakan steam e!ector hingga kevakuman 1!61= mm$g
(kondisi desain 10 mm$g) 5engan pemvakuman akan menurunkan titik didih air. Panas untuk penguapan dipero%eh dari panas reaksi pada $P absorber (EA6 410;). -ntuk proses penguapan air dapat ber&a%an dengan baik diper%ukan kontro% terhadap / a. emperatur Pada tekanan vakum 10 mm$g air memi%iki titik didih =0 oC. 5engan penurunan titik didih air akan mempermudah pemisahan air dari %arutan. emperatur operasi di&aga di atas titik didih air. emperatur operasi pada =16=1oC. b.
temperatur dan densitas krista% menurun.
ingkat kevakuman tinggi menurunkan titik didih air sehingga banyak air yang menguap dan densitas krista% meningkat. Peningkatan krista% ter%a%u tinggi dan menyebabkan penyumbatan pada pipa. 'arutan dari A6!0!; dengan kepekatan sekitar =4+ berat se%an&utnya dipanaskan pada heater for A6!0! (EA6!01) menggunakan steam tekanan rendah hingga temperatur 1,,61,4oC. 'arutan se%an&utnya dimasukkan ke da%am vacuum concentrator upper (A6!0!A). 5i da%am a%at ini %arutan urea dipekatkan %ebih %an&ut hingga mencapai konsentrasi **+ berat. emperatur operasi berkisar 1,,6 1,4oC. emperatur ter%a%u rendah akan menyebabkan ter&adinya choking (penyumbatan pada pipa karena pembentukkan krista% urea). emperatur ter%a%u tinggi akan mendorong terbentuknya biuret. ingkat kevakuman
operasi
sama dengan A6!0!;. ingkat
kevakuman yang tinggi akan meningkatkan konsentrasi urea tetapi apabi%a ter%a%u tinggi dapat menyebabkan choking pada pipa a%iran. ingkat kevakuman rendah akan menurunkan konsentrasi urea dan menambah beban pada final separator (A6!0,).
,.! "inal Separator (A6!0,) Pada bagian ini %arutan urea dipekatkan hingga konsentrasi *+. Pemekatan di%akukan dengan cara pemanasan pada "inal Concentration (EA6 !0!) dan pemvakuman di A6!0,.
'arutan urea dari A6!0!A dipanaskan pada EA6!0! menggunakan steam tekanan rendah hingga temperatur 1,=6140 oC. Apabi%a temperatur rendah dari rentang ini akan menyebabkan pembentukkan padatan8krista% uera pada pipa dan vessel karena titik %e%eh urea pada tekanan desain a%at ada%ah 1,= oC. etapi temperatur ter%a%u tinggi akan meningkatkan pembentukkan biuret. ekanan operasi A6!0, ,:64* mm$g. ingkat kevakuman yang rendah akan menyebabkan kadar uap air da%am urea pri%% meningkat. >aktu pemekatan da%am A6!0, diatur dengan ketinggian %eve% ba?ah vessel . 'eve% operasi pada *06=:+ dan ini tergantung pada kapasitas produksi. 'eve% yang ter%a%u tinggi akan menyebabkan peningkatan pembentukkan biuret. 'arutan urea dikirim ke tahap pembutiran.
4. ahap Pembutiran 'arutan urea dengan konsentrasi *+ berat di%airkan ke da%am prilling tower . 5i da%am prilling tower %arutan urea di spray didinginkan dan dipadatkan untuk mempero%eh urea pri%%. 5a%am tahap ini terdiri atas beberapa bagian /
4.1 #ead $ank (A6,01) dan 5istributor (B6,01A6) 'arutan urea dari A6,0! dipompakan ke #ead tank (A6,01). Pada A6 ,01 'arutan dia%irkan ke distributor (B6,01A6) yang berupa acoustic granulator . Pada acoustic granulator %arutan urea di spray da%am bentuk tetesan6 tetesan. -ntuk menghasi%kan butiran per%u di&aga temperatur dari %arutan urea. emperatur operasi 1,6140oC. emperatur di ba?ah rentang ini akan menyebabkan choking karena %arutan urea akan membentuk krista%8padatan. emperatur %ebih tinggi akan meningkatkan pembentukkan biuret. 'arutan urea dia%irkan dari A6,01 ke B6,10 A6 secara gravitasi maka per%u di&aga %eve% pada A6,01. 'eve% tangki di&aga pada %eve% 06*0+. 'eve% %ebih rendah akan menghasi%kan a%iran %arutan urea yang %ebih keci% sehingga kua%itas produk menurun. 'eve% tinggi meningkatkan pembentukkan biuret.
4.! "luidi%ing Cooler (56,0!) etesan urea dari accoustic granulator didinginkan pada fluidi%ing cooler (C6,0!) menggunakan udara dari blower (";6,0!) yang ter%ebih dahu%u dipanaskan air heater (EC6,01) menggunakan steam. emperatur ada%ah variabe%
yang per%u dikenda%ikan. emperatur operasi rendah akan menghasi%kan produk urea pri%% diba?ah temperatur %ingkungan.
4., Dust Chamber (C6,0!) 5ebu urea dari proses pembutiran akan direcover pada dedusting system. 5edusting system terdiri dari Dust Chamber (C6,0!) untuk menangkap debu circulation pump (";6,01) dan induce fan untuk menghisap udara panas. 5ebu urea yang terba?a o%eh udara pendingin ditangkap pada C6,0! debu yang tertangkap dicuci dengan menggunakan %arutan pencuci dengan cara di spray. Pada bagian atas terdapat demister yang berungsi untuk menahan debu dan cairan yang tidak terabsorp pada packed bed . -ntuk membersihkan demister digunakan kondensat dari 5A601 yang dispraykan ke demister .
. ahap &ecovery "as #$, dan C ! yang ter%epas dari tahap puriikasi diabsorpsi da%am tahap recovery menggunakan kondensat proses sebagai absorben. "as #$, dan C! diabsorpsi membentuk karbamat dan aDua amoniak / !#$,
3 C!
#$,
3 $ !
#$4C#$! 3 #$4$ 3
@
@
Absorpsi gas di%aksanakan da%am tiga a%at /
.1 $P 'bsorber (EA6401A8;) "as C! dan #$, ke%uaran $P Decomposer (5A6!01) dikontakkan absorben berupa %arutan karbamat dari EA640!. A%iran gas dimasukkan pada bagian ba?ah dan didistribusikan me%a%ui nose% dan absorben dia%irkan dari bagian atas. Pengontakkan menghasi%kan reaksi pembentukkan karbamat dan aDua amoniak kedua senya?a ini ter%arut di da%am absorben. Proses absorpsi menghasi%kan panas dan dimanaatkan untuk pemanasan %arutan urea di vacuum concentrator (A6!0!A) dan produksi air panas. "as yang tidak terabsorp dia%irkan ke washing column (5A6401) untuk diabsorp %ebih %an&ut. Agar proses absorpsi ber%angsung dengan eisien per%u dikontro% / a. 'eve% 'eve% %arutan da%am EA6401 menentukkan ?aktu kontak antara absorben dan gas. 'eve% rendah akan menghasi%kan proses absorpsi yang tidak eisien. 'eve% tinggi akan menyebabkan sebagian absorben terba?a a%iran gas. 'eve% operasi :6*+. b. emperatur Proses absorpsi bersiat eksotermis sehingga temperatur tinggi akan menurunkan eisiensi absorpsi dan a%iran gas ke 5A6401 meningkat. 5engan adanya pembentukkan karbamat da%am absorben temperatur absorben harus di&aga agar tidak ter&adi pembentukkan krista% karbamat. Pembentukkan krista% ter&adi temperatur rendah dan ini akan menyumbat a%iran %arutan karbamat. emperatur operasi di&aga pada =6=oC. 'arutan karbamat dipompa dengan carbamate pump menu&u scrubber (5A610!) dan carbamate condenser (EA610!).
.! 'P 'bsorber (EA640!) "as #$, dan C! ke%uaran 'P decomposer diabsorp dengan %arutan absorben dari 5A6401 ko%om atas. Proses absorpsi sama dengan proses di $P absorber . emperatur operasi di&aga di atas 40 oC. Pada temperatur ini akan ter&adi pembentukkan padatan karbamat. -ntuk men&aga eisiensi absorpsi diper%ukan ?aktu kontak yang mencukupi. 'eve% operasi :46=+ pada %eve% ini ?aktu kontak untuk absorpsi mencukupi. "as yang tidak terabsorp dia%irkan final absorber (5A60,) untuk diabsorp %ebih %an&ut. 'arutan absorben dia%irkan ke 5A6401 ko%om ba?ah.
., (ashing Column (5A6401) (ashing column berungsi mengabsorp gas6gas yang tidak terabsorp di EA6 401. 5A6401 terbagi atas dua ko%om.
:. Pengo%ahan
:.1 "inal 'bsorber (5A60,) -ap air yang terbentuk di tahap evaporasi ditarik o%eh steam e!ector (EE6 !01 018,) dan dikondensasikan di surface condenser (EA6018!8,). -ap air yang terkondensasi ditampung di da%am process condensate tank (A601). -ap yang tidak terkondensasi ditarik o%eh second e!ector (EE60!) dan dimasukkan ke da%am final absorber (5A60,). 5i da%am absorber gas dikontakkan dengan kondensat proses dari A601. 5engan pengontakkan ini uap air akan terkondensasi dan #$, dan C! terkonversi men&adi karbamat dan aDua amoniak. "as6gas yang tidak terabsorb diventing ke atmoser. 2eaksi pembentuk karbamat dan aDua amoniak / !#$,
3 C!
#$,
3 $!
#$4C#$ ! 3 #$4$
3
@
@
:.! )rocess Condensate Stripper (5A601) dan *rea #ydroli%er (5A60!). 5i da%am kondensat proses terdapat karbamat urea dan aDua amoniak. Sebe%um dikirim ke uti%itas senya?a6senya?a ini harus dipisahkan.
!#$, 3 C! 6 @ #$, 3 $! 6 @
"as yang terbentuk dari proses stripping dikirim ke 'P Decomposer (5A6 !0!).
!#$, 3 C! 6 @
"as dari proses dia%irkan ke ko%om atas 5A601 dan kondensat dia%irkan ke preheater for 5A60! (EA60) untuk memanaskan kondensat masukkan 5A6 0!.
