BAB I PENDAHULUAN
1.1 Sejarah dan Perkembangan PT. Air Liquid Usaha untuk menyempurnakan proses pencairan udara untuk memisahkan oksigen dan nitrogen melalui proses distilasi dengan tujuan utama menghasilkan oksigen murni skala industri yang dilakukan oleh George Claude seorang lulusan Ecole Superiere de Physique et Chimie Industrielle di Paris Perancis. Dalam melaksanakan proses percobaan tersebut George Claude dibantu oleh sahabatnya yaitu Paul Delorme yang membantu dalam bantuan dana dan dukungan selama dua tahun percobaan. Hasil dari percobaan yang dilakukan dengan serangkaian trial and error tersebut membuahkan hasil yang positif. Semenjak keberhasilan percobaan tersebut seluruh perusahaan kimia dapat dengan mudah membeli oksigen dengan kemurnian tinggi dan harga yang murah. Saat ini Air Liquide yang didirikan oleh George Claude pada tahun 1902 menjadi pionir dalam industri gas. Air Liquide telah tersebar ke kurang lebih 80 negara dengan jumlah tenaga kerja lebih dari 40.000 dan 39.000 pemegang saham individu. Salah satu cabang yang berada di Indonesia yaitu PT. Air Liquide Indonesia yang berada di Cilegon. 1.1.1 PT. Air Liquid Indonesia (PT. ALINDO) Pada tahun 1993 PT. Alindo dibangun di kawasan industri Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC) dengan jumlah karyawan sampai saat ini kurang lebih 80 orang. Cabang ini dibangun sebagai salah satu strategi dari ekspansi Air Liquide Grup di kawasan Asia.Wilayah ini dipilih sebagai strategi bisnis untuk memenuhi kebutuhan industri berat pabrik-pabrik di wilayah Cilegon. Pembangunan yang telah dilakukan oleh PT. ALINDO yaitu Air Separation Unit(ASU) plant, hydrogen plant, Advance Product Supply Alteranate (APSA) plant,
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
2
dan jaringan pipa bawah tanah yang bertujuan untuk menyalurkan produk-produk langsung ke konsumen.PT. Alindo membangun ASU plant dengan nama Krakatau I (KK-I) dengan kapastasitas produksi 220 ton/hari O2. Selanjutnya dibangun Hidrogen Purification Plant dengan membeli bahan baku dari PT. Asahimas Chemical. Seiring perkembagan permintaan akan jumlah produk, kemudian dibangun ASU plant unit Krakatau II(KK-II) dengan kapasitas produksi mencapai 600 ton/hari O2, dan menyusul ASU plantKrakatau III (KK-III) dengan kapasitas produksi 770 ton/ hari O2 yang akan beroperasi tahun 2015. Dalam pengembangan usahanya, PT. Alindo membangun unit kerja kedua di daerah Bekasi Fajar Industrial Estate guna memenuhi kebutuhan gas di kawasan-kawasan industri sekitarnya seperti MM2100, EJIP, Jababeka, BFIE, dan lain-lain. Sistem pendistribusian produk dilakukan dengan menggunakan pipa jaringan bawah tanah untuk industri di wilayah Anyer, Merak dan Cilegon, dan menggunakan mobil tangki dengan produk bentuk cair untuk industri di luar wilayah Cilegon. Sementara untuk produk dalam bentuk gas digunakan kemasan silinder atau tabung silinder yang terdapat di filling station Alindo di Cilegon dan Cibitung. 1.1.2 Visi dan Misi PT. Alindo Dalam perkembangannya, PT. Alindo memiliki visi menjadi pemasok gas yang terdepan di Indonesia dengan memberikan kepercayaan, nilai yang efektif dan solusi yang inovatif kepada para konsumen melalui kekuatan pemberdayaan.Untuk memenuhi harapan tersebut, karyawannya dituntut memiliki dedikasi untuk mengerti dan memahami harapan konsumen dan memiliki komitmen. Harapan tersebut dapat dicapai dengan:
Fokus terhadap produk dan pelayanan untuk meyakinkan konsumen terhadap standar mutu tertinggi yang dapat mereka terima.
Mengacu pada ISO 9000 Quality Management System untuk membuktikan kualitas sistem manajemen perusahaan.
-Bertujuan untuk meningkatkan „kualitas‟ dalam setiap aktivitas perusahaan. Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
3
1.2 Kerja Praktek Kerja praktek dilaksanakan di ASU (Air Separation Unit) Plant PT. Air Liquide Indonesia. Waktu pelaksanaan dimulai 01 September 2015 dan berakhir 30 September 2015 yang berlokasi di jalan Australia II Kav-M1 Kawasan Industrial Estate Cilegon (KIEC), Banten, Indonesia. 1.2.1 Tujuan Tujuan umum pelaksanaan program kerja praktek yaitu untuk memenuhi persyaratan mata kuliah kerja praktek. Sedangkan tujuan khusus diantaranya sebagai berikut : 1. Mengetahui penerapan ilmu teknik kimia dalam dunia industri dan mendapatkan gambaran nyata dunia perindustrian. 2. Mempelajari
dunia
kerja,struktur
organisasi,
peraturan
dan
peran
masingmasing bidang dalam industri. 3. Mendapatkan gambaran mengenai proses produksi di PT. Alindo terutama dalam proses treatment bahan baku, pencairan udara (system cryogenic) dan pemisahan udara cair menjadi nitrogen, oksigen dan argon. 4. Mengetahui safety dan sistem utilitas PT. Alindo. 5. Mendapat gambaran peralatan pendukung proses, meliputi alat analisa produk dan alat pengendali proses. 6. Mempelajari alat-alat yang digunakan dalam sistem liquidifikasi. 1.2.2 Ruang Lingkup Ruang lingkup dari kerja praktek di PT. Alindo meliputi pemahaman proses produksi secara umum. Proses tersebut meliputi treatment bahan baku, liquefier, distilasi, dan juga sarana pendukung di ASU plant KK-II. Selain itu, pemahaman tugas khusus mengenai perhitungan temperatur keluaran pada cooler.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
4
1.3 Tata Letak Pabrik PT. Alindo terletak di jalan Australia II Kav- M1 Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC), Kota Cilegon, Provinsi Banten, Indonesia. Adapun batasbatas wilayahnya sebagai berikut: Utara
: PT. Argamas Bajatama
Timur
: PT. Daekyung Indah Heavy Industry
Selatan
: PT. Krakatau Steel
Barat
: PT. Krakatau Steel.
Adapun unit di PT. Alindo antara lain yaitu: 1. ASUplantKK-I dengan produk nitrogen, oksigen, dan argon. 2. ASU plantKK-II dengan produk nitrogen, oksigen, dan argon. 3. ASU plantKK III dengan produk nitrogen, oksigen dan argon. 4. Hidrogen plant dengan produk hidrogen. 5. Unit liquifier untuk mencairkan gas nitrogen. 6. Substation area untuk penyediaan listrik dengan kapasitas 150 kV. 7. Warehouse area sebagai gudang penyimpana alat-alat. 8. Workshop area sebagai tempat perbaikan peralatan yang rusak. 9.
Open area untuk truck filling
10. Parking area 1.4 Struktur Organisasi Dalam menjalankan sistem keorganisasiannya PT. Alindo membagi dalam beberapa departement yang masing-masing memiliki peranan dan tugas yang berbeda.Secara keseluruhan terdapat 10 departemen, adapun tugas dan fungsi masingmasing departemen terdapat dalam table berikut.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
5
Tabel 1.1 Fungsi setiap Departemen PT. Air Liquide Indonesia Nama Departemen
Fungsi Menjalankan dan mengawasi proses produksi baik
Production Department
di control room ataupun lapangan dalam memenuhi kebutuhan konsumen setiap bulannya. Bertanggung jawab untuk memeriksa,menjaga dan
Maintenance Department
memastikan fungsi dan kondisi seluruh peralatan
(Mechanical and Electrical
berjalan normal dan dapat beroperasi secara
Instrument)
optimal, termasuk melakukan penggantian dan perbaikan apabila diperlukan
Information and Technology
Menangani bidang informatika dan teknologi
Department
Computer
Menangani pengembangan sumber daya manusia Humanand Resources
dalam
perusahaan,
termasuk
usaha
peningkatan
Development
kesejahteraan karyawan di dalam perusahaan, seperti pembayaran upah dan pelatihan, penerimaan karyawan baru juga penerimaan program Praktek Kerja Lapangan (PKL) Bertanggung jawab dalam bidang safety procedure, termasuk safety induction terhadap tamu, proses
Health, Safety, and Sales and Marketing Environment Department Department
pembuangan dan pengolahan limbah dan peningkatan kualitas kesehatan karyawan. Bertugas memasarkan dan menjual produk kepada konsumen.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
6
Bertanggung jawab untuk menjaga kualitas produk Quality Assurance Department yang akan dipasarkan kepada konsumen.
Finance and Accounting Department
Mengelola dan mengaudit keuangan PT. Alindo.
Customer Installation
Bertanggung jawab untuk instalasi, perbaikan, dan
Department
perawatan alat yang terpasang di konsumen
Purchasing Department
Bertanggung jawab terhadap pembelian segala keperluan operasional (mesin dan fasilitas yang lain) dan safetyperusahaan termasuk akuisisi perusahaanlain.
PT. Alindo memiliki sekitar 80 karyawan dan sebagian besar ditempatkan di bagian Production Department dan Maintenance Department. Sebagian yang lain ditempatkan di bagian keamanan dan distribusi. Walau dengan karyawan yang sedikit PT Alindo bisa melakukan efisiensi dan efektifitas kerja yang baik dengan sistem pembagian kerja yang jelas, tepat dan sesuai dengan kemampuan tiap-tiap individu. Sistem jam kerja di PT Alindo dibedakan menjadi dua macam yaitu sistem shiftdan non shift. Sistem kerja Shift dilakukan untuk menjaga keberlangsungan proses produksi. Sistem Shift terdiri atas tigashift secara bergantian dengan masing-masing shift bekerja selama delapan jam yang terdiri dari empat orang karyawan,tiga di bagian ASU plant dan satu di bagian Hydrogenplant. Sistem pembagian shift sebagai berikut: -
Shift pagi : 07.00-15.00
-
Shift sore : 15.00-23.00
-
Sihft malam : 23.00-07.00 Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
7
Untuk tiap jadwal shift dilaksanakan oleh kelompok yang sama selama dua hari berturut- turut selama 6 hari dan akan memperoleh libur sebanyak dua hari. Sedangkan karyawan non shift diberlakukan lima hari kerja dalam satu minggu dengan jam kerja berikut: -
Senin- Kamis :08.00-17.00
-
Jum‟at :07.30-17.00
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
BAB II DESKRIPSI PROSES
PT Air Liquid Indonesia dalam proses produksinya menggunakan bahan baku udara bebas yang terdapat di sekitar pabrik dan hydrogen yang berasal dari PT. Asahimas dan PT. Krakatau Steel. Produk utama yang dihasilkan antara lain Nitrogen, Oksigen, dan Hidrogen. 2.1 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku Bahan bakuuntuk menjalankan 100% produksi dibutuhkan 84.000 Nm3/h udara bebas. Komponen yang ada di udara adalah nitrogen, oksigen, argon, debu dan partikulat lain serta komponen-komponen lain dalam jumlah yang kecil. Berikut adalah tabel komposisi masing-masing komponen dalam udara. Tabel 2.1 komposisi komponen penyusun udara ( PT Air Liquide Indonesia) Komponen Udara
% Volume
% Berat
Nitrogen (N2)
78.11
75.47
Oksigen (O2)
20.96
23.20
Argon (Ar)
0.93
1.28
Karbondioksida (CO2)
0.030
0.046
Helium (He)
0.00046
0.00006
Neon (Ne)
0.0018
0.0011
Krypton (Kr)
0.00011
0.00032
Xenon (Xe)
0.000008
0.00004
Tabel 2.2 sifat fisik udara ( Material Safety Data Sheet : Air) Berat Molekul 28,6 Berat Jenis Gas, (0⁰C, 1 atm)
1,2928 Kg/m3
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
9
Tabel 2.2 sifat fisik udara ( Material Safety Data Sheet : Air) Berat Molekul 28,6 Volume Spesifik, (0⁰C, 1 atm)
1,2928 Kg/m3 0,773 m3/Kg
Titik Didih (1 atm)
-193 ⁰C
Temperatur Kritis
-140,7 ⁰C
Tekanan Kritis
37,2 atm
Densitas Kritis Kalor Penguapan
0,31 Kg/m3 (-193 ⁰C) 49 Kcal/Kg
Kalor Spesifik
(15 ⁰C) 0,24 Kcal/Kg ⁰C
Berat Jenis Gas, (0⁰C, 1 atm)
2.2
Sifat Fisik dan Kimia Produk Pada ASU plant, produk utama yang dihasilkan adalah nitrogen,
oksigen dan argon.Nitrogen yang diproduksi berbentuk cair dan gas, untuk oksigen yang diproduksi juga berbentuk cair dan gas sementara untuk argon hanya diproduksi berbentuk cair.Berikut adalah penjelasan mengenai sifat fisika dan kimia dari masing- masing produk. 2.2.1 Argon Argon merupakan gas yang tidak berasa dan tidak berbau pada tekanan atmosfer. Kandungan Argon dalam udara yaitu sekitar 0,9% volume. Sifat-sifat fisik Argon dapat dilihat pada tabel berikut.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
10
Tabel 2.3 Sifat Fisik Argon (Ar) (Material Safety Data Sheet : Argon) Berat Molekul 39,948 Densitas Gas
1,7828
Volume Spesifik (0 0C, 1 atm) Titik Didih (1 atm)
0,56 m3/kg -185,90C
Temperatur Kritis (1 atm)
-122,40C 48 atm
Tekanan Kritis Densitas (00C, 1 atm) Kalor Penguapan
0,531 Kg/m3 (-185,9 0C) 37,6 Kcal/Kg
Kalor Spesifik
(150C) 0,125 Kcal/Kg 0C 0,78 Kg/L
Densitas spesifik liquid 2.2. 2 Nitrogen
Nitrogen adalah komponen penyusun udara yang paling besar sejumlah 78%.Sifat kimia nitrogen adalah tidak berbau,tidak berwarna dan tidak beracun, bersifat inert, tidak mudah terbakar.Jika terlalu banyak dihirup nitrogen dapat menyebabkan
sesak
nafas.Tabel
berikut
berisikan
informasi sifat fisika dari nitrogen. Tabel 2.4 Sifat Fisik Gas Nitrogen (N2) (Material Safety Data Sheet : Nitrogen) Berat Molekul 28,06 Densitas Gas 1,2505 0 Volume Spesifik (0 C, 1 atm) 0,799 m3/kg Titik Didih (1 atm) Temperatur Kritis (1 atm) Tekanan Kritis Densitas (00C, 1 atm) Kalor Penguapan Kalor Spesifik Densitas spesifik liquid
-195,810C -147,1 0C 33,5 atm 0,311 Kg/m3 (-195,8 0C) 47,6 Kcal/Kg (50C) 0,2477 Kcal/Kg 0C 0,645 Kg/L
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
11
2.2.3 Oksigen Oksigen adalah komponen penyusun udara komposisi oksigen di udara mencapai 20% Volume udara. Dalam kondisi ruang dan tekanan 1 atmosfer oksigen akan berbentuk gas dengan tidak berwarna dan tidak berbau juga tidak memiliki rasa. Tabel berikut menampilkan data sifat fisik dari gas oksigen. Tabel 2.5 Sifat Fisik Oksigen (O2) ( Material Safety Data Sheet : Oxygen) Berat Molekul
32
Densitas Gas
1,4292
Volume Spesifik (0 0C, 1 atm) Titik Didih (1 atm)
0,7m3/kg -182,970C
Temperatur Kritis (1 atm)
-118,8 0C
Tekanan Kritis
49,7 atm
Densitas (00C, 1 atm)
0,43 Kg/m3
Kalor Penguapan
(-1830C)50,7
Kalor Spesifik
0 (0 C)0,2177 Kcal/Kg
Densitas spesifik liquid
0,8 Kg/L0C Kcal/Kg
2.3 Sistem Kriogenik Teknik kriogenik adalah pengaplikasian ilmu proses teknik kimia pada suhu rendah. National Beureau of Standard di Boulder, Colorado, Amerika Serikat menyebutkan batas terendah dari skala kriogenik yaitu nol absolut K (-273◦C) sedangkan batas tertingginya adalah 123 K ( -150◦C). Ilmu kriogenik juga mempelajari tentang sistem yang beroperasi pada temperatur yang sangat dingin, bagaimana cara memproduksinya dan bagaimana perilaku material pada keadaan tersebut. Ilmu kriogenik dapat dimanfaatkan bagi kehidupan manusia. Salah satunya adalah pemanfaatannya dalam proses pemisahan dan pencairan udara
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
12
atau gas menjadi cair. Beberapa gas yang dapat digunakan dalam sistem kriogenik antara lain helium, hidrogen, neon, nitrogen, oksigen, argon dan metana. 2.4 Cara-cara Pendinginan 2.4.1 Efek Joule Thompson Menurut Joule-Thompson untuk menurunkan suhu suatu gas dapat dilakukan dengan cara menurunkan tekanan gas tersebut secara tiba-tiba dari tekanan tinggi ke tekanan yang rendah melalui suatu valve. Jika hukum termodinamika pertama digunakan pada aliran tunak yang melewati suatu valve ekspansi maka tidak ada perpindahan panas dan perpindahan energi kinetik dan potensial sehingga entalpi yang terlibat tidak mengalami perubahan atau isentalpi.Pada proses pencairan udara diharapkan valve ekspansi menghasilkan penurunan suhu. Pengaruh perubahan temperatur untuk perubahan tekanan secara isentalpi dilambangkan dengan koefisien Joule-Thompson (µJT) yang merupakan fungsi perubahan temperatur terhadap perubahan tekanan pada entalpi tetap. 𝜕𝑇
𝜇𝐽𝑇 = (𝜕𝑃)𝐻
(2.1)
Nilai μJT dapat bernilai (+), (-) dan nol. Nilai (+) pada koefisien Joule-Thompson menandakan bahwa proses ekspansi dengan ekspansi valve akan menurunkan temperatur gas sehingga gas dapat dicairkan . Nilai (-) menandakan bahwa proses ekspansi dengan JT-valve dapat meningkatkan temperatur gas. Koefisien Joule-Thompson akan bernilai 0 untuk gas ideal. 2.4.2 Ekspansi Adiabatis Metode ekspansi adiabatik melalui peralatan yang dapat menghasilkan kerja dapat diterapkan untuk pencapaian temperatur rendah. Pada metode ini, gas diekspansikan dari tekanan tinggi ke tekanan rendah dengan menggunakan mesin ekspander. Pada kondisi ideal, ekspansi berjalan secara reversibel dan
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
13
adiabatis, sehingga bersifat isentropis. Fungsi perubahan temperatur terhadap perubahan tekanan pada entropi tetap dilambangkan oleh suatu koefisien ekspansi isentropik 𝜇𝑆 . ∂T
μS = (∂P)S
(2.2)
Pada ekspansi adiabatis selalu dihasilkan temperatur rendah sehingga selalu bernilai positif (+). 2.4.3 Sistem Cascade Sistem Cascade merupakan sistem pertama yang digunakan dalam sistem pencairan udara yang dikemukakan oleh Keesan. Gambar berikut merupakan diagram sistem cascade.
Gambar 2.1 Sistem Cascade (Thomas M Flynn) 2.4.4 Sistem Linde Hampson Sederhana Sistem ini digunakan untuk mencairakan etilena pada tekanan 19 atm menggunakan amonia, etilena yang telah dicairkan kemudian digunakan untuk mencairkan metana pada tekanan 25 atm, dan metana digunakana untuk mendinginkan nitrogen pada tekanan 18,6 atm. Secara termodinamika sistem ini mendekati kondisi ideal untuk mencairkan udara tapi pengoperasiannya
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
14
memerlukan penanganan secara serius karena tiap loop mudah mengalami kebocoran sehingga fluida dapat mengalir pada tempat yang salah. Pada sistem ini diasumsikan berjalan pada kondisi yang ideal.Maksud dari kondisi ideal adalah tidak adanya ireversibel pressure drop, tidak adanya kebocoran panas dari lingkungan dan perpindahan panas terjadi tanpa ada panas yang hilang. Tahap pertama adalah dilakukannya kompresi udara secera reversible dan isotermal. Namun pada kenyataannya proses yang dilakukan bersifat adiabatic reversible atau disebutjuga kompresi politropik yang diikuti dengan penurunan suhu pada tiap tahapannya supaya temperatur gas kembali sama dengan temperatur lingkungan. Selanjutnya udara masuk dalam heat exchanger supaya terjadi perpindahan panas dan terjadi penurunan suhu udara.Udara yang masuk dalam heat exchanger dikontakkan dengan gas bertekanan rendah yang menuju ke siklus berikutnya, pada heat exchanger pula tidak terjadi perubahan tekanan pada udara hanya terjadi penurunan suhu. Tahap selanjutnya gas mengalami ekspansi melalui valve ekspansi hingga tekanannya sama seperti tekanan awal. Pada tahap ini udara yang awalnya berbentuk gas akan berubah cair dan udara yang telah cair dijaga pada kondisi saturated-liquide. Selanjutnya gas dingin ini dipanaskan sampai temperatur awal dengan menyerap energi panas pada tekanan tetap. Sistem Linde-Hampson sederhana tidak dapat digunakan untuk gas neon, hidrogen, dan helium. Hal ini dikarenakan temperatur maksimum inverse
gas berada di bawah temperatur gas ambien, yaitu gas yang
melewati valve ekspansi berada pada kondisi uap. 2.4.5 Sistem Claude Sistem yang digunakan di PT. Alindo adalah sistem Claude.Sistem ini digunakan untuk menghasilkan nitrogen cair, oksigen cair dan argon cair.Sistem Calude merupakan gabungan dari sistem ekspansi adiabatik dan Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
15
ekaspansi valve yang tujuannya adalah untuk memperoleh gas cair. Pada sistem ini energi untuk menggerakkan mesin ekspansi berasal dari energi gas. Alat ekspander akan bersifat adiabatic reversible, dan proses ekspansi akan bersifat isentropik. Proses isentropik ini akan menghasilkan lebih banyak penurunan temperatur dibandingkan proses isentalpi. Pada sistem Claude tahap awal yang terjadi adalah kompresi gas hingga tekanannya 4Mpa atau setara dengan 40 atm, kemudian gas dilewatkan menuju heat exchanger pertama. Setelah itu aliran udara dibagi menjadi dua aliran, aliran pertama dengan persentase sekitar 60%-80% udara masuk ke alat ekspander dan aliran keluaran dari ekspander akan disatukan lagi dengan aliran yang akan masuk ke heat exchanger kedua. Selanjutnya
aliran
udara
yang
akan
dicairkan
berlanjut
ke
heatexchanger kedua dan ketiga. Valve ekspansi akan mengekspansi aliran udara yang menuju ke liquid receiver. Udara yang telah dingin yang berasal dari penampungan liquideakan dikembalikan lagi ke heat exchanger untuk mendinginkan udara yang masuk. Sistem Claude ini energi keluaran dari alat ekspander akan digunakan untuk mengkompresi udara yang akan dicairkan.
Gambar 2.2 Sistem Claude (Thomas M Flynn)
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
16
2.5 Deskripsi Proses Produksi Proses produksi yang berjalan di PT. Air Liquide Indonesia CilegonBanten terdiri dari empat satuan operasi yang dijelaskan sebagai berikut. 2.5.1 Kompresi Udara Bebas Bahan baku udara pada 32oC dan 0,981 bar diambil dari sekitar wilayah pabrik yang sebelum masuk ke proses awal dilakukan proses filtrasi dengan filter udara. Filter udara yang bagian selubungnya terbuat dari baja dan bagian dalam dari polyester. Kerja dari filter ini berdasarkan perbedaan tekanan. Apabila perbedaan tekanan mencapai set point tertentu, maka filter akan secara otomatis membersihkan kotoran yang ada dalam udara tujuan supaya proses kompresi bersih dari debu yang akan merusak kompresor. Setelah
melewati
filter
udara,
udara umpan
akan
melewati
kompresor. Kompresor yang ada merupakan rangkaian kompresor multistage, terdapat tiga rangkaian kompresor yaitu C-01 A, C-01 B, dan C-01 C, ketiga rangkaian tersebut berjalan
secara
bergantian. Satu rangkaian kompresor
terdiri atas lima tahap kompresi dan antar tahap kompresi terdapat intercooler yang berguna untuk menurunkan suhu udara umpan setelah dikompresi pada tiap tahap kompresor. Hal ini dikarenakan tiap kenaikan tekanan yang terjadi pada udara umpan akan menaikkan suhu dari umpan udara. Tekanan udara yang lebih tinggi dari kondisi luar dibutuhkan untuk proses purifikasi pada Molecular sieve tower. Tabel 2.6 Tahapan kompresi ( PT Air Liquide Indonesia) Pout (bar g) Tin (oC)
Tout (oC)
Tahap
Pin (bar g)
Kompresi 1
0.981
1.067
32
30.1
Kompresi 2
1.067
3.4
30.1
34
Kompresi 3
3.4
7.2
34
36
Kompresi 4
7.2
13.8
36
38.5
Kompresi 5
13.8
27.5
38.5
40
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
17
Setelah tekanan yang dibutuhkan pada Molecular sieve tower terpenuhi pada proses kompresi udara umpan dialirkan ke alat aftercooler E07. Pada aftercooler E-07 udara umpan dikontakkan dengan air yang sebelumnya sudah di kontak terlebih dahulu dengan waste gas product supaya suhu air lebih turun dan mampu menurunkan umpan udara hingga ± 27O C. Karena adanya penambahan liquefier pada sistem proses yang baru jumlah waste gas product yang ada sekarang
sudah
menurun
sehingga
ditambahkan chiller sebagai pendingin air untuk kontak dengan udara di E07. 2.5.2 .Adsorpsi Purifikasi Udara Umpan Udara terkompresi didinginkan menggunakan after cooler E-07 hingga temperatur udara mendekati 20oC untuk selanjutnya dipurifikasi. Pemurnian udara pada proses liquidifikasi ini dilakukan untuk menghilangkan senyawa impurities tertentu sebelum udara memasuki cold box. Adapun senyawa impurities yang dapat mengganggu proses likuidifikasi adalah : 1. Air dan Karbondioksida Titik beku kedua senyawa ini lebih rendah dibandingkan Nitrogen, Oksigen, dan Argon, apabila tidak dihilangkan kedua komponen ini dapat membeku dan menyumbat pipa dalam pabrik. 2. Hidrokarbon berat dan asetilen. Kedua senyawa ini dapat menimbulkan ledakan apabila tercampur dengan oksigen murni pada tekanan tertentu. 3. Senyawa diena dan NxOy Senyawa tak stabil ini dapat berpolimerisasi dengan senyawa lain. 4. Belerang Menyebabkan karat pada permukaan material. Unit adsorber yang digunakan pada pemurnian udara adalah molecular sieves tower yang terdiri dari dua tower, dengan alumina gel pada bagian bawah dan molecular sieve jenis zeolit berdiameter 4Å pada bagian atas
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
18
setiap tower. Kedua tower ini bekerja bergantian dimana tower yang satu akan melakukan tahap service / purifikasi (adsorpsi) selama yang lain mengalami tahap regenerasi (desorpsi). Udara
yang telah
didinginkan
pada
aftercooler
selanjutnya
masuk ke dalam Unit adsorber, Unit yang digunakan pada pemurnian udara adalah molecular sieves tower yang terdiri dari dua tower, dengan alumina gel pada bagian bawah dan molecular sieve jenis zeolit berdiameter 4Å pada bagian atas setiap tower. Kedua tower ini bekerja bergantian dimana tower yang satu akan melakukan tahap service / purifikasi (adsorpsi) selama yang lain mengalami tahap regenerasi (desorpsi). Proses yang terjadi pada molecular sieve tower adalah proses adsorpsi kandungan CO2 dan H2O yang terkandung dalam udara umpan. Pada Molecular sieve tower alumina dan zeolit. Alumina digunakan untuk menyerap H2O sedangkan zeolit untuk menyerap CO2.Posisi alumina berada di bagian bawah tower sedangkan zeolit di bagian atas.Hal ini dimaksudkan agar alumina dapat terlebih dahulu menyerap air dan zeolit hanya menyerap CO2. Jika alumina dan zeolit ditukar posisinya maka CO2 dapat lolos masuk ke dalam proses pertukaran panas dan menjadi dry ice, selain itu pada saat regenerasi di tahap heatingakan memerlukan waktu yang lama untuk mengeringkan zeolit dari uap air. Molecular sieve tower yang ada di PT.Alindo berjumlah dua buah.Hal ini dimaksudkan agar tower bisa digunakan secara bergantian. Ketika tower R-01 dalam kondisi service, maka tower R-02 akan diregenerasi untuk menghilangkan pengotor
yang ada. Tahapan dari regenerasi
yang ada
dalam Molecular sieve tower adalah seperti berikut: 1.
Purifikasi pada proses ini Molecular sieves tower mengadsorpsi H2O, CO2, CxHy, dan impurities yang lain
2.
Isolated High Pressure, pada tahap ini tower yang akan melalui proses regenerasi akan diisolasi pada tekanan 28,03 bar abs. Hal ini
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
19
dilakukan dengan cara menutup valve inlet dan oulet udara, ini bertujuan agar udara yang ada dalam tower tidak masuk ke proses selanjutnya. 3.
Depressurization, molecular sieve tower yang telah diisolasi selanjutnya diturunkan tekanannya dari 28,03 bar abs menjadi 0,2 bar abs. Hal ini dilakukan dengan membuka valve kecil dengan bukaan valve yang kecil ke atmosfer sehingga udara dalam tower keluar.
4.
Blow Off, pada tahapan blow off
sisa udara yang masih tersisa di
keluarkan melalui valve besar sehingga udara keluar ke atmosfer. Tekanan akhir yang ingin dicapai adalah 0,02 bar abs. 5.
Heating, setelah semua udara di lepas ke atmosfer, adsorben dalam Molecular sieve tower
dipanaskan menggunakan waste gas nitrogen.
Waste gas nitrogen yang digunakan bersuhu 150O C. Hal ini dilakukan untuk menghilangkan kandungan air yang terdapat dalam adsorbent. Tahapan ini dilakukan sekitar ± 70 menit. 6.
Cooling, yaitu tahapan pendinginan adsorbent hingga suhu normal yaitu 29OC. Pada tahapan ini menggunakan waste gas nitrogen untuk mendinginkan adsorbent.
7.
Isolated Low Pressure, pada tahap ini Molecular sieve tower diisolasi dari aliran udara yang akan masuk maupun yang keluar dari tower dengan cara menutup semua valve outlet ke atmosfer.
8.
Pressurizing, Setelah diisolasi valve inlet yang menuju Molecular sieve tower dibuka tetapi valve outlet tetap ditutup. Tujuan supaya tekanan dalam tower menaik menjadi 28.03 bar abs.
9.
Paralell, Saat kondisi Molecular sieve tower sesuai dengan kondisi sebelum regenerasi maka valve outlet dari tower dibuka agar aliran udara uman menuju cold box dan tower berada pada kondisi service.
10. Regenerasi, Molecular sieve tower yang telah selesai service diisolasi untuk persiapan proses regenerasi yaitu proses pengaktifan kembali gel
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
20
alumina dan molecular sieves yang telah jenuh, sedangkan molecular sieve tower yang telah regenerasi akan melakukan service. Tabel berikut merupakan komposisi kandungan udara umpan yang dapat ditolerir sebelum masuk dalam cold box. Tabel 2.7 Komposisi kandungan udara umpan cold box ( PT Air Liquide Indonesia) Air Max Acceptable (solubility in liq. Max Composition Average O2 & deposit in HE) N 78,11% 2 O 20,96% 2A 0,93% r 350-450 CO Pp 600 ppm 0,003 2 m ppm H2 a few % Saturation 0,070 O ppm C2H2 0,1 ppm 0,5 ppm 0,030 ppm N 18 ppm e H 5,2 ppm e CH 1-6 ppm No danger for distillation 4 1,139 process K ppm r H2 0,5 ppm O 0,086 X ppm e 2.5.3 Pencairan Udara Umpan Udara dari molecular sieve adsorber pada temperatur ± 30oC dan 27.18 bar gauge dialirkan ke booster untuk dikompresi hingga tekanan meningkat menjadi 35.02 bar gauge dengan temperatur 58.2oC. Keluaran udara ini didinginkan pada air cooler D-01CE dengan menggunakan air pendingin yang berasal dari Nytrogen Water Tower E-60.Temperatur keluaran udara berada pada kondisi 40oC akibat pertukaran panas dengan air pendingin yang masuk dengan temperatur 20.5oC.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
21
Aliran udara ini selanjutnya dialirkan ke Main Heat Exchanger E-01 dan terjadi pertukaran panas antara aliran udara dengan aliran pendingin hingga mengakibatkan temperatur udara menjadi -124oC pada 34.59 bar.
Penurunan temperatur yang besar ini diakibatkan
karena aliran pendingin yang digunakan adalah produk buangan bertemperatur sangat rendah : Tabel 2.8 Media pendingin ( PT Air Liquide Indonesia) Media Pendingin T (oC) Liquid Nytrogen (LIN) Liquid Oxygen(LOX) Low Pressure Gas Nytrogen(LPGAN) Waste Gas Nytrogen Liquid Argon(LAR)
-175.9 -177 -177 -177 -177
Asal K-01 E-02 E-03 E-03 HP storage
Udara keluaran Main Heat Exchanger E-01 tersebut dibagi menjadi dua aliran. Sekitar 75% udara dialirkan ke Turbines D-01 A/B sedangkan 25% sisanya dialirkan ke expansion valve. Pembagian aliran ini bertujuan untuk mencairkan fasa udara. Sistem yang digunakan pada proses ini adalah Sistem Claude yang merupakan gabungan dari sistem ekspansi adiabatik menggunakan mesin
ekspander
dan
sistem
Joule
Thompson
menggunakan
ekspansionvalve untuk memperoleh udara dalam fasa cair. Pada siklus ini udara yang terkompresi diumpankan ke Heat Exhanger, 60-80% dari jumlah udara dialirkan ke ekspander dan sisanya ke expansion valve. Aliran udara yang keluar dari ekspander dan ekspansion valve akan berubah menjadi fasa cair karena terjadi penurunan tekanan yang sangat besar hingga menyebabkan turunnya temperatur udara. Dua puluh lima persen aliran udara yang dialirkan melalui ekspansion valve
akan menuju separator B-04 untuk dipisahkan
menjadi 2 fasa, gaseous- airdan liquid-air. Fasa gas akan masuk
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
22
bagian tengah kolom K-01, sedangkan udara dalam fasa cair masuk ke bagian bawah kolom K-01. 75% aliran udara sisa yang keluar dari Main Heat Exchanger E01 akan dialirkan ke Turbines D-01 A/B untuk diekspansi secara adiabatik reversibel dari 34.59 bar gauge menjadi 5.315 bar gauge dengan penurunan temperatur dari -124.6oC menjadi -174.1oC. Keluaran turbin D-01A/B akan dialirkan ke bagian bawah kolom K01 sebagai umpan proses distilasi. 2.5.4 Distilasi Pemisahan Produk Proses
pemisahan
Nitrogen,
Oksigen,
dan
Argon
berlangsung melalui empat jenis kolom distilasi utama tipe tray, yaitu : Tabel 2.9 Kolom distilasi ( PT Air Liquide Indonesia) Jeni
Fung
Nomor
Medium Pressure Column K-01 s
Produksi LIN dan Rich Liquid si
Low Pressure Column
K-02/03
Crude Argon Column
K-10A/B
Produksi Oxygen GAN, Crude Argon, LOX Pemurnian Argon
Pure Argon Column
K-11
Pemurnian Argon
a) Medium Pressure Column (K-01) Proses distilasi bermula pada kolom K-01 dengan dua aliran udara umpan yang masuk sebagai umpan, yaitu aliran udara dari Main Heat Exchanger E-01 dan aliran udara separator B-04. Udara fasa gas sebanyak 530Nm3/h yang berasal dari separator B-04 masuk ke bagian tengah kolom K-01 dengan kondisi 176.2oC` pada 5.308 bar gauge, sedangkan udara fasa cairnya sebanyak 24.000 Nm3/h masuk ke bagian bawah kolom K-01 pada kondisi -176.4oC pada 5.307 bar. Kolom K-01 beroperasi pada tekanan 5.4 bar abs dan -
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
23
179oC, sehingga pada kondisi tersebut nitrogen akan menguap ke bagian atas kolom dan oksigen akan mencair turun ke bagian bawah kolom. Nitrogen yang menguap sebagai produk atas akan masuk ke main evaporizer E-02 dengan kondisi -178.8oC pada 5.25 bar abs dan dikondensasikan dengan oksigen cair bertemperatur -179.3oC dengan tekanan 1.462 bar abs yang berasal dari bagian bawah kolom K-02 sehingga terjadi perpindahan panas dari gas nitrogen ke oksigen cair. Oksigen cair akan berubah menjadi gas dan diumpankan menuju kolom K-02 sedangkan gas nitrogen akan berubah menjadi cair dan dialirkan ke subcooler E-03 dan ke Main Heat Exchanger E-01.
Gambar 2.3 Distilasi Medium Pressure Column Pada Main Heat Exchanger E-01 nitrogen cair akan menguap menjadi NGHP dan dialirkan ke sistem perpipaan sebagai produk. Sedangkan aliran nitrogen cair dari subcooler E-03 akan masuk ke
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
24
separator B-01 untuk kemudian sebagian dialirkan menuju kolom K-03 sebagai refluks dan sebagian lagi dialirkan ke storage sebagai produk berupa
LIN dengan kemurnian
yang sangat tinggi (mencapai
99.99%). b) Low Pressure Column (K-02 dan K-03) Proses distilasi bermula pada kolom K-02 yang beroperasi pada -193oC dan 1.461 bar abs. Pada kolom ini terjadi pemisahan antara nitrogen murni, oksigen murni, dan crudeargon (gas dengan kandungan argon yang cukup tinggi 7-8 %). Rich liquide Oxygen (cairan yang mengandung hingga 42% oksigen) masuk ke kolom K-02 setelah melalui separator B-02 dan subcooler E-03 untuk ditukarkan sedikit panasnya. Fasa cair dari separator B-02 akan turun ke bagian bawah kolom dan berkontak dengan gas yang menguap dari bagian bawah kolom K-02 kandungan
Oksigen
pada
produk
bawah
semakin
sehingga tinggi
kemurniannya (mencapai 99.85%). Oksigen cair ini dikeluarkan dengan pompa P-01A/B dan pompa P-04 A/B. Aliran pompa P-01A/B dibagi menjadi dua aliran, pertama menuju ke E-02 dan kedua menuju subcooler E-03 untuk dialirkan ke storage tank sebagai produk LOX. Pompa P-04 A/B mengalirkan oksigen cair ke Main Heat Exchanger E-01 sehingga diperoleh produk berupa Oxygen Gas High Pressure (OGHP)dengan kondisi 46oC pada 27 bar abs untuk dialirkan ke sistem perpipaan. Kandungan nitrogen dan argon yang terkandung dalam Rich Liquide Oxygen akan menguap ke atas kolom K-03 yang beroperasi pada -193oC dan 0.3 bar abs. Pada kondisi ini akan diperoleh gas nitrogen dengan kemurnian yang berbeda. Gas nitrogen dengan kandungan oksigen kurang dari 1 ppm
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
25
dialirkan ke Main Heat Exchanger E-01 melalui subcooler E-03 untuk mengalami pertukaran panas dan menjadi produk NGLP dengan kondisi 46oC dan 0.199 bar abs. Sedangkan gas nitrogen dengan kandungan oksigen lebih dari 1.1 ppm disebut nytrogen waste gas. Aliran ini digabungkan dengan aliran nytrogen waste gas lain untuk dialirkan menuju Main Heat Exchanger E-01 melalui subcooler E-03 dan kemudian dialirkan lagi ke Heater E-08 untuk digunakan pada proses regenerasi adsorber dan ke Nytrogen Tower E-60 untuk mendinginkan air yang berasal dari cooling tower. c) Crude Argon Column (K-10A dan K-10B) Pada bagian tengah antara kolom K-02 dan K-03 terdapat gas Crude Argon yang dialirkan ke kolom distilasi K-10A untuk mengalami proses enriching (peningkatan kemurnian Argon). Proses enriching pada K-10A menggunakan reflukslean liquidargon yang berasal dari bawah kolom K-10B. Argon yang keluar dari atas kolom K-10A mengandung 50% oksigen dan 3 ppm nitrogen. Cairan yang turun ke bawah kolom K-10A mengandung oksigen hingga 88% dan akan dialirkan balik ke bagian tengah kolom K-02. Produk atas kolom K-10A masih mengandung nitrogen, oksigen, dan argon. Oleh karena itu, untuk memisahkan oksigen dari crude argon perlu dilakukan distilasi di kolom K-10B yang beroperasi pada kondisi – 183.8oC dan 1.433 bar abs. Distilasi ini akan menghasilkan lean liquid argon di bagian bawah kolom dan rich gas argon di bagian atas kolom.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
26
Gambar 2.4 Crude Argon Column Crude argon yang masuk ke bagian atas kolom K-10B akan dikondensasi dalam E-10 dengan menggunakan rich liquid okygen dari kolom K-01. Pada proses ini, oksigen yang masih terkandung dalam crude argon akan menguap dan kembali ke kolom K-02. Setelah mengalami proses kondensasi,argon cair masih mengandung kurang dari 1 ppm oksigen dan 3 ppm nitrogen. Kandungan nitrogen yang masih cukup tinggi mengakibatkan argon perlu dimurnikan lagi di kolom K-11. Argon yang keluar dari kolom K-10B dialirkan ke kolom K-11 setelah dilewatkan E-33 agar terjadi pertukaran panas antara argon dan
lean
temperatur
liquid oxygen. -188oC
karena
Kondisi
argon
harus
dijaga
pada
argon memiliki titik beku -189oC.
Apabila temperature argon mencapai titik bekunya, jalannya proses akan terganggu. Kolom K-11 beroperasi pada kondisi – 190oC dan 1.7 bar abs. Pada kondisi tersebut sebagian argon mengalir menuju bawah kolom dan sebagian lagi ikut teruapkan bersama nitrogen. Argon yang ikut teruapkan bersama nitrogen pada bagian
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
27
atas kolom dikondensasi dengan kondensor E-16 sehingga nitrogen terpisah dari nitrogen dan dibuang ke subcooler E-03. Nitrogen yang dibuang ini akan bergabung dengan aliran waste gas nytrogen yang lain dan dialirkan ke Main Heat Exchanger E-01. Sedangkan argon yang mengalir ke bagian bawah kolom dididihkan dengan reboiler E-15 menggunakan gaseous-air kolom K-01 agar nitrogen yang masih terbawa argon menguap ke atas kolom. Gaseous air reboiler E-15 akan menjadi liquid air dan dikembalikan ke kolom K01. Argon yang telah dididihkan pada reboiler E-15 mengandung kurang dari 1 ppm oksigen dan kurang dari 2 ppm nitrogen. Produk ini dialirkan ke storage tank sebagai LAR pada kondisi -181.5oC dan 1.638 bar abs. Argon merupakan produk yang sulit didapatkan karena komposisinya yang sangat kecil dibandingkan oksigen dan nitrogen sehingga gas dari tangki penyimpanan dikeluarkan dengan cara recycle melalui kondensor E-30. Media pendingin yang digunakan adalah lean liquide dan yang keluar dari separator B- 30 adalah lean liquide vaporizer. Pada tangki penyimpanan argon sering terjadi pembentukan uap yang harus dikeluarkan karena produksi argon dilakukan secara kontinu. Apabila tidak dikeluarkan maka akan terjadi peningkatan tekanan uap yang sangat besar.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
28
BAB III ALAT PROSES DAN INSTRUMENTASI Dibawah ini ditampilkan Process Flow Diagram (PFD) unit KK-1 PT. Alindo.
Gambar 3.1 PFD ASU plant PT. Alindo
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
29
Tabel 3.1 Kode dan Nama Alat Kode Alat CF-01A/B C-01A/B C-01EA/B E-07 R-01/R-02 E-08 E-60 P-60A/B F-02A/B-F03
Nama Alat Air filter Air compressor Final coolers Additional cooler Air purificaton vessel Electrical heater Nitrogen water tower Water pumps Silencer
Kode Alat E-02 B-04 P-02A/B P-01A/B
Nama Alat Main vaporizer MP air separator Liquid oxygen pumps Liquid oxygen pumps
B-02
LP separator
B-03
LP air separator
F-04/F-05/F-06
Silencer
B-01
LIN flash drum
K-10A/K-10B
Crude argon column
D-01CA/B
Main heat exchanger Expansion machine Air booster
E-03
Subcooler
E-15
D-01CE
Cooler
E-16
K-01 K-02
MP column LP column Pure nitrogen column
E-33 B-33
Pure argon condenser Mixture condenser LIN separator
E-30
Argon recondenser
B-30
LIN separator
E-01 D-01A/B
K-03 P-04A/B
Liquid nitrogen pumps
E-10 P-10A/B K-11
Crude argon condenser Crude oxygene pumps Pure argon column Boiler of pure argon column
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
30
3.1 Air Compressor C01A dan C01B Tabel 3.2Spesifikasi alat air compressor C01A dan C01B Fungsi
Menaikkan tekanan udara dari tekanan atmosferik menjadi 27,6 bar absolut
3.2 Turbines Boosters D01A dan D01B Tabel 3.3Spesifikasi alat Turbines Boosters D01A dan D01B Fungsi
Booster untuk mengkompresikan udara dan tubine untuk menurunkan tekanan udara sehingga diperoleh temperature rendah yang diperlukan untuk mencairkan udara.
3.3 Molecular Sieve Unit Tabel 3.4Spesifikasi Molecular Sieve Unit Fungsi
menghilangkan kandungan uap air, karbon dioksida, dan hidrokarbon
Struktur
terdiri dari tangki vertikal R01 dan R02 secara paralel. Tiap adsorber terdiri dari alumina bed (bawah) dan molecular sieve bed (atas).
Tipe
Vertical radial bed
3.4 Main Cold Box Tabel 3.5Spesifikasi Main Cold Box Fungsi
melindungi kolom distilasi temperatur rendah agar tidak terjadi kontak dengan temperatur udara luar.
Sruktur
Konstruksi baja yang berisi peralatan-peralatan proses seperti main heat exchanger, main evaporizer, subcooler, rectification column, dan separator. Cold box ini diisolasi menggunakan perlite yang difluidisasi menggunakan seal gas berupa wastenytrogen.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
31
3.4.1 Main Heat Exchanger E01 Tabel 3.6 Spesifikasi Main Heat Exchanger E01 Fungsi
mendinginkan udara yang berasal dari booster D01 dengan media pendingin gas Nitrogen dari bagian atas kolom K01, Oksigen cair dari E02, waste dan gas Nitrogen dari E03, serta Argon cair dari Argon Storage.
Tipe
Plate and Fin
Bahan
Aluminium
3.4.2 Subcooler E-03 Tabel 3.7 Spesifikasi Subcooler E-03 Fungsi
Alat penukar panas tambahan yang memanfaatkan gas Nitrogen dari bagian atas kolom K-03 dan Nitrogen cair dari condenser E-02 untuk mendinginkan berbagai aliran gas yang masuk ke dalamnya.
Tipe
Plate and Fin
Bahan
Aluminium
3.4.3 Main Vaporizer E-02 Tabel 3.8 Spesifikasi Main Vaporizer E-02 Fungsi
sebagai kondensor bagi gas Nitrogen pada bagian atas kolom K-01 dengan menggunakan pendingin Oksigen cair.
Bahan
Aluminium
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
32
3.4.4 Rectifaction Column K-01, K-02, dan K-03 Tabel 3.9Rectifaction Column K-01, K-02, dan K-03 K-01 sebagai kolom distilasi dengan umpan berupa udara untuk
Fungsi
menghasilkan Nitrogen cair sebagai produk atas dan rich liquid oksigen sebagai produk bawah. K-02 dan K-03 sebagai kolom distilasi dengan menggunakan umpan berupa rich liquid dan lean liquid untuk menghasilkan gas Nitrogen sebagai produk atas, crude Argon dibagian tengah kolom, dan liquid Oksigen sebagai produk bawah. Bahan
Stainless Steel dan Aluminum
Tipe Tray
AL Aluminium Structure Packing (AST)
Buatan
Air Liquide
3.4.5 Separator Column B-01, B-02, B-03, dan B-04 Tabel 3.10 Separator Column B-01, B-02, B-03, dan B-04 Fungsi
B-01 sebagai pemisah fasa cair dan gas dari aliran Nitrogen cair yang berasal dari kolom K-01. B-02 sebagai pemisah fasa cair dan gas dari aliran rich liquid yang berasal dari kolom K-01. B-03 sebagai pemisah fasa cair dan gas dari aliran lean liquid yang berasal dari kolom K-01. B-04 sebagai pemisah fasa cair dan gas dari aliran udara sebagai umpan K-01.
Bahan
Stainless Steel
Buatan
Air Liquide
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
33
3.5 Argon Cold Box Tabel 3.11Spesifikasi Argon Cold Box Memisahkan dan memurnikan Argon dari kandungan Oksigen dan
Fungsi
Nitrogennya. Umpan yang masuk berasal dari kolom K-02 yaitu rich liquid Oksigen. Sruktur
Terdiri dari dua kolom destilasi, yaitu Crude Argon Column dan Pure Argon Column. Peralatan yang terdapat pada Argon Cold Box yaitu Crude Argon Column Condenser, Pure Argon Column Vaporizer, Pure Argon Condenser, Argon Column, dan Lean Liquid Separator.
3.5.1 Crude Argon Column Condenser E10 Tabel 3.12 Spesifikasi Crude Argon Column Condenser E10 Fungsi
Mengkondensasi gas Oksigen yang terbawa gas crude Argon dalam kolom K10B dengan menggunakan pendingin rich liquid dari K01.
Bahan
Aluminum
3.5.2 Crude Argon Column Vaporizer E15 Tabel 3.13 Spesifikasi Crude Argon Column Vaporizer E15 Fungsi
Menguapkan Nitrogen yang masih terkandung dalam Argon dengan menggunakan pemanas gaseous-air dari kolom K-01.
Bahan
Aluminum
3.5.3 Pure Argon Condenser E16 Tabel 3.14 Spesifikasi Pure Argon Condenser E16 Fungsi
Mengkondensasi gas Argon yang ikut terbawa waste Nitrogendalam kolom K11 dengan menggunakan pendingin lean liquid dari E03.
Bahan
Aluminum
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
34
3.5.4 Argon Column K10A, K10B & K11 Tabel 3.15 Argon Column K10A, K10B & K11 Fungsi
Memisahkan Argon dari kandungan Oksigen dan Nitrogen.
Bahan
stainless steel dan Aluminum
Buatan
Air Liquide
Tipe Tray
AL Aluminium Structure packing (AST)
3.5.5 Lean Liquid Separator B30 & B33 Tabel 3.16 Lean Liquid Separator B30 & B33 Fungsi
Memisahkan fasa cair dan gas dari lean liquid.
Bahan
stainless steel
Buatan
Air Liquide
Tipe Tray
AL Aluminium Structure packing (AST)
3.6 Sistem Instrumentasi PT. Alindo menggunakan dua jenis control loop, yaitu open loop dan close loop. Open loop hanya berlangsung dari satu arah, yaitu dari alat ukur ke Distribution Control System(DCS). Sedangkan close loop berlangsung secara dua arah, alat ukur menyampaikan sinyal hasil pengukuran ke DCS, kemudian operator yang ada di DCS akan mengirimkan sinyal balik untuk mengendalikan control valve sebagai hasil respon dari hasil pengukuran. Koreksi terhadap parameter pada close loopbertujuan menjaga kemurnian oksigen dan nitrogen yang diperoleh, optimasi energi yang digunakan, dan optimasi ekstraksi argon dari udara. Beberapa besaran-besaran proses yang diukur meliputi : 1. laju alir 2. tekanan 3. temperature 4. ketinggian dalam tangki. Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
35
Terdapat beberapa tipe alat ukur dengan prinsip kerja yang berbeda, sebagian besar merupakan sistem yang berjalan secara otomatis. Dari hasil pengukuran yang tampak di layar monitor DCS, operator akan menentukan set point yang diinginkan, kemudian DCS akan memberikan sinyal elektrik ke control valve untuk mengubah bukaannya sehingga dicapai set point. 3.7 Sistem Interlock Sistem interlock adalah suatu cara untuk mengamankan jalannya proses serta pengaman peralatan dari unit yang paling kecil sampai keseluruhan sistem. Alat pengaman yang digunakan terkait menjadi satu kesatuan yang bekerja secara serentak apabila kondisi proses atau alat mengalami gangguan. Sistem interlock juga dilengkapi dengan sistem untuk menjaga kelancaran operasi dari suatu mesin. Sistem interlock juga dilengkapi dengan sistem bypass yang berupa switch. Hal ini ditujukan untuk menonaktifkan sistem interlock saat diperlukan suatu perbaikan atau terjadi kerusakan. Ada dua tahapan sistem pengamanan yaitu: 1. Alarm Alarm atau peringatan tanda bahaya dapat berupa lampu, bel, horn dan tandatanda lain yang menyatakan bahwa proses atau alat dalam keadaan bahaya di karenakan ada gangguan 2. Shut Down ata Trip Ini adalah suatu kondisi proses yang sudah mencapai batas bahaya yang tertinggi atau adanya kerusakan pada suatu alat yang menyebabkan pabrik mati sebagian atau keseluruhan. 3.8 Sistem Analisa Produk Produk yang dihasilkan di PT. Alindo memiliki ketentuan tertentu dalam hal komposisi dan kemurnian.Untuk menjaga kualitas produk yang dihasilkan perlu dilakukan suatu analisa produk secara menyeluruh baik pada kolom distilasi maupun pada storage tank. Peralatan yang digunakan untuk analisa produk pada kolom distilasi meliputi :
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
36
1. Analisa O2 Untuk menganalisis O2, digunakan trace oxygen analyzer dan percentage oxygen, fungsinya yaitu: -
Trace Oxygen Analyzer : mengukur kadar O2 sebagai pengotor dalam gas
-
Percentage Oxygen : mengukur kemurnian Oksigen sebagai produk
2. Analisa N2 Untuk menganalisis N2, digunakan trace oxygen analyzer dan percentage oxygen, fungsinya yaitu: -
Trace Nitrogen Analyzer : mengukur kadar N2 sebagai pengotor dalam gas
-
Percentage Nitrogen : mengukur kemurnian Nitrogen sebagai produk
3. Analisa CO2 Untuk menganalisis CO2, alat yang digunakan adalah:
- Trace CO2 Analyzer : mengukur kadar CO2 yang keluar dari absorber Selain analisa langsung pada kolom distilasi, analisa gas pada storage tank juga dilakukan dengan menggunakan Gas Chromatography. Hal ini bertujuan untuk mengetahui kandungan hidrokarbon dan karbondioksida pada produk, khususnya pada LOX, LIN, dan LAR. Analisa Gas Chromatography menggunakan prinsip perbedaan waktu retensi dengan gas hidrogen sebagai gas pembawa sampel ke dalam kolom yang berisi adsorben. Setiap unsur akan melalui kolom dengan kecepatan berbeda sehingga komposisi gas dapat diidentifikasi berdasarkan perbedaan waktu retensinya. 3.9 Storage tank Produk dari PT. Alindo berbentuk gas dan cair. Untuk produk oksigen, nitrogen dan argon yang berupa gas akan langsung dialirkan melalui pipeline sehingga tidak ditampung terlebih dahulu. Sedangkan produk dalam bentuk liquid akan disimpan pada penampung elipsoidal double wall tank, yang diberi warna putih. Bahan dasar
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
37
untuk dinding pertama adalah stainless steel dan untuk dinding kedua digunakan carbon steel. Diantara dinding pertama dan kedua digunakan perlit sebagai isolator. 3.9.1.1
Liquid Oxygen (LOX) Storage
Peralatan yang digunakan untuk menyimpan oksigen harus terbuat dari material yang sesuai untuk bekerja pada temperatur rendah. Tembaga, kuningan, dan stainless steel adalah metal yang biasa dipergunakan. Peralatan juga harus dihindarkan dari minyak/pelumas untuk menghindari reaksi antara pelumas dengan oksigen yang dapat menimbulkan ledakan. LOX disimpan dalam 4 buah tangki yang diletakkan secara horizontal. Tekanan di dalam tangki berkisar antara 0.5-1 bar. 3.9.1.2
Liquid Nitrogen (LIN) Storage
Nitrogen tidak menyebabkan karat sehingga semua jenis metal dapat dipergunakan sebagai bahan tempat penyimpanan, asalkan peralatan dirancang untuk tahan terhadap tekanan dan temperatur rendah. LIN disimpan dalam tangki yang dipasang secara vertikal. Tekanan di dalam tangki berkisar antara 50-55 mbar. 3.9.1.3
Liquid Argon (LAR) Storage
Argon tidak menyebabkan karat sehingga semua jenis metal dapat dipergunakan sebagai bahan tempat penyimpanan, asalkan peralatan dirancang untuk tahan terhadap tekanan tinggi dan temperatur rendah. LAR bertekanan tinggi (13-17 bar) disimpan dalam tangki penampung yang diletakkan secara vertikal. Sedangkan LAR bertekanan rendah (0.5-1 bar) disimpan dalam tangki yang diletakkan secara horizontal.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
BAB IV UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH
4.1
Utilitas Unit utilitas yang terdapat di PT. Air Liquide Indonesia terdiri dari dua sub
unit, yaitu: 1. Sub unit air pendingin 2. Sub unit penyediaan energi listrik Unit-unit ini diperlukan untuk mendukung jalannya proses industri keseharian PT. Air Liquide Indonesia. 4.1.1 Sub Unit Air Pendingin Pada PT. Air Liquide Indonesia, air memegang peranan yang sangat penting sebagai pendingin untuk udara proses serta pendingin mesin. Secara khusus, air akan berfungsi sebagai fluida pendingin dan penukar panas pada heat exchanger yang disebut sebagai cooling water system. Air dipilih sebagai media pendingin karena memiliki beberapa kelebihan, yaitu: a)
Tersedia dalam jumlah banyak.
b)
Mudah diperoleh.
c)
Harganya murah.
d)
Mudah ditangani dan mudah dipompa.
e)
Tidak terdekomposisi.
f)
Dapat menyerap banyak panas.
g)
Ramah lingkungan Sistem air pendingin dibagi menjadi dua jenis berdasarkan jenis alirannya,
yaitu:
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
39
4.1.1.1
Once trough system
Sistem ini merupakan sistem air pendingin yang paling sederhana, terdiri dari satu unit alat penukar panas dan satu unit pompa. Air dipompa dari sumber dan melewati alat penukar panas untuk menyerap panas dari fluida lainnya. Air yang telah menyerap panas kemudian dipompa ke tempat pembuangan. Sistem ini biasanya digunakan oleh industri yang berlokasi di sekitar sumber air kerena membutuhkan air dalam jumlah besar untuk mencapai kinerja yang diinginkan. Keunggulan dari Once trough system ini adalah biaya yang dibutuhkan rendah dan perubahan temperatur yang terjadi pada air sangat kecil. Sedangkan kerugiannya yaitu membutuhkan air dalam jumlah besar serta memungkinkan terjadinya polusi termal. 4.1.1.2
Recirculating system
Sistem ini menggunakan kembali air pedingin yang telah digunakan untuk proses yang sama setelah melewati proses pendinginan, sistem ini terdiri dari dua jenis, yaitu: a. Open recirculating system Pada sistem ini, air yang akan didinginkan dikontakkan dengan udara bebas. Air didinginkan melalui transfer panas sensible, dan melalui transfer panas laten akibat evaporasi yang terjadi. Sistem ini memungkinkan adanya penambahan air karena ada sebagian air yang hilang pada proses penguapan dan pembuangan. Proses pendinginan dengan evaporasi dapat dipercepat dengan memasang kipas sehingga aliran udara akan lebih cepat, cara lainnya yaitu dengan memecah aliran air menjadi butiran-butiran kecil sehingga luas permukaan evaporasi bertambah. Contoh utilitas dari open recirculating system yaitu : spray ponds, cooling tower, dan evaporative condenser. Karakteristik dari sistem ini adalah penguapan Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
40
air yang terjadi tidak terlalu banyak dan perubahan temperatur yang terjadi sekitar 11,1-16,6⁰C. b. Closed recirculating system Pada sistem ini, proses pemindahan panas menggunakan air pendingin dengan volume tetap karena tidak ada kontak antara air pendingin dan udara selama sirkulasi sehingga tidak terjadi kehilangan air karena evaporasi (penguapan). Sisem ini menggunakan dua buah alat penukar panas dan satu buah pompa. Klasifikasi open recirculating system : 1. Natural Draft Tower Udara mengalir secara alami dari bawah tower ke bagian atas, dan air yang didinginkan dalam arah berlawanan. Hal ini dimungkinkan karena bentuk tower yang hiperbolik. 2. Mechanical Draft Tower Udara pendingin digerakkan dengan kipas. Pada forced draft tower, air didorong melalui tower. Pada umumnya energi yang digunakan besar sehingga jarang dipakai pada sistem yang kecil. Pada induced draft tower, udara ditarik melalui tower, secara searah maupun berlawanan dengan arah jatuhnya air. 3. Evaporative Condenser Gabungan antara closed dan open recirculating system. Selain kontak dengan udara langsung, ada air yang tidak kontak langsung dengan atmosfer, tetapi mengalir dalam koil. PT. Air Liquide Indonesia menggunakan sistem pendingin open recirculating. Media yang digunakan untuk mendinginkan air yang berasal dari pabrik adalah sebuah cooling tower dengan tipe Mechanical Draft Crossflow.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
41
Pada air, terdapat berbagai pengotor yang seperti padatan terlarut (natrium, magnesium, dll), material terlarut (tanah liat, lumpur pasir), serta gas terlarut. Pengotor tersebut dapat menyebabkan korosi dan penyumbatan pada pipa. Untuk mengatasinya, air yang digunakan sebagai media pendingin harus diolah dengan menambahkan beberapa senyawa kimia yang dapat mengurangi kemungkinan timbulnya kerusakan pada proses. Senyawa kimia yang digunakan didapat dari PT.Ondeo Nalco, seperti : 1. N-7342
: Biodispersant penambah klorin
2. N-7356XP
: Corrosion inhibitor
3. N-7359
: Corrosion inhibitor dengan zat aktif Zn-PO4
4. N-23102
: Dispersant dan scale inhibitor
5. ST-70/ST-40
: Oxidizing biocide dengan penstabil bromine
6. N-7358
: Corrosion inhibitor dan dispersant
7. N-3690
: Trasar scale inhibitor dan dispersant
8. N-4661
: Scale inhibitor dan dispersant dengan inhibitor logam kuning.
9. N-7634
: Bicode dalam control mikroorganisme
10. N-7340L
: Sebagai pengontrol mikroorganisme
11. N-7336
: Algicide
4.1.2 Sub Unit Penyediaan Energi Listrik. PT. Air Liquide Indonesia memerlukan energi listrik dalam jumlah besar untuk menjalankan proses yang menggunakan turbin, kompresor, pompa, instrumentasi dan alat-alat pendukung lainnya. Penyediaan energi listrik untuk kebutuhan operasi pabrik sehari-hari disediakan oleh PLN. PT. Air Liquide Indonesia juga memiliki dua buah generator untuk mempertahankan keadaan apabila terjadi black out hingga terdapat aliran listrik Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
42
kembali. Adapun kebutuhan jumlah listrik perjam untuk unit Krakatau II mencapai 22600-22900 kW/h. 4.2
Pengolahan Limbah Proses produksi PT. Air Liquide Indonesia dapat dikatakan hampir tidak
menghasilkan limbah. Limbah yang dihasilkan hanyalah waste nitrogen, dan debu yang tidak berbahaya. 1. Debu Filter yang digunakan untuk menyaring umpan udara bebas akan menangkap pengotor berupa debu maupun partikel-partikel berukuran besar. Debu ini akan dibuang ke udara bebas dengan cara hammering ketika mencapai ketebalan tertentu. Pembuangan debu ini ke lingkungan tidak berbahaya karena jumlahnya yang sangat sedikit. 2. Produk Sisa Apabila terdapat kelebihan produksi, maka ada kemungkinan untuk membuang gas hasil produk (oksigen, nitrogen, argon) ke udara. Pembuangan gas dilakukan di tempat terbuka dengan ketinggian yang aman. Gas yang dibuang akan langsung bercampur dengan udara bebas sehingga tidak membahayakan lingkungan.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Dari pembahasaan diatas, didapat beberapa kesimpulan dan saran sebagai berikut : a. Besarnya flow umpan mempengaruhi besarnya power yang diperlukan pada kompresor. b. Untuk kompresor multistage, rasio kompresi untuk tiap stage harus sama agar power yang diperlukan minimum.
c. Rasio kompresi pada tiap stage sebaiknya dijaga agar tetap konstan untuk power yang minimum. d. Jika flow umpan diperkecil, power supply baiknya disesuaikan untuk menghemat energi. e. Sistem pemisahan udara PT. Air Liquide Indonesia menggunakan sistem Claude yang termodifikasi sehingga menghasilan kinerja yang efektif dan efisien. f. Proses pemisahan udara menggunakan distilasi kriogenik mampu menghasilkan oksigen, nitrogen, dan argon dengan tingkat kemurnian yang tinggi. 5.2 Saran a. Penggunaan kompresor secara bergantian untuk mengurangi beban kerja b. Udara umpan yang masuk disesuaikan dengan kebutuhan produksi untuk mengurangi biaya produksi akibat penggunaan power yang besar pada kompresor. c. Diperlukan instalasi alat kedap suara pada kompresor untuk mengurangi kebisingan dari kompresor. d. Selalu memperhatikan filter udara supaya debu tidak masuk kompresor. e. Perawatan yang teratur diperlukan untuk mencegah kerusakan pada kompresor.
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
DAFTAR PUSTAKA
Barron, Randall. Cryogenic Systems. McGraw-Hill Companies, Inc. New York. Cristie, Geancoplish. 1993. Transport Process and Unit Operation. McGraw-Hill Companies, Inc. New York. Flyne, Thomas M. 2005.Cryogenic Engineering Secon Edition Revised and Expanded. Marcel Dekker, New York. McCabe. 1993. Operasi Teknik Kimia. McGraw-Hill Companies, Inc. New York. Perry, R.H and Green, D.W.1973. Perry‟s Chemical Handbook 6 th edition. Mc Graw-Hill Book Companies, Inc. New York. Smith,J.M,H.C Van Ness,H.M Abbot.2005. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics Seventh Edition. New York,America, Mc Graw Hill
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa