Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari O-Xylene dan Udara

PRARANCANGAN PABRIK PHTHALIC ANHYDRIDE DARI O-XYLENE DAN UDARA DENGAN KAPASITAS 80.000 TON/TAHUN

Disusun oleh: Aldin Muhammad Qadrian

10/302143/TK/37309

Dosen Pembimbing: Wiratni, S.T., M.T., Ph.D.

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2014

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun

LEMBAR PENGESAHAN

Tugas Perancangan Pabrik Kimia dengan judul :

PRARANCANGAN PABRIK PHTHALIC ANHYDRIDE DARI O-XYLENE DAN UDARA DENGAN KAPASITAS 80.000 TON/TAHUN

Dikerjakan oleh : Maulana Gilar Nugraha

10/300881/TK/36681

Aldin Muhammad Qadrian

10/302143/TK/37309

Telah diperiksa dan disetujui Yogyakarta, Juni 2014 Dosen Pembimbing,

Wiratni, S.T., M.T., Ph.D.

ii


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 karya kami sendiri, kecuali yang secara 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.

Yogyakarta, 11 Juli 2014

Aldin Muhammad Qadrian

iii


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). Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada pihakpihak 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


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 didirikan 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


ABSTRACT 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 Rp80,687,400,000.00 and U.S. $ 5,600,000.00; Profit before tax of Rp293,499,400,000.00; 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 Statistik, 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

Impor/Ekspor, ton

35.000,00 30.000,00 25.000,00 20.000,00 Ekspor (ton) 15.000,00

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


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 oxylene 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 TiO2 sebagai penyangga menyebabkan dispersi V2O5 yang baik sehingga aktivitas katalis pun menjadi tinggi. Suhu operasi reaktor berkisar antara 296 s/d 400oC. 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


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


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 SO2 tidak akan mencemari lingkungan. Dari Tabel 1 dapat diambil kesimpulan pula bahwa proses oksidasi oxylene 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 + 2 O2 C8H10

→ C8H6O2

+ 3 O2 → C7H6O2

C8H10 + 6 O2

→ C5H6O4

+ H2O + 2 H2O + CO2 + 2H2O + 3 CO2 + 2 H2O

C8H10 + 7,5 O2 → C4H2O3 + 4 CO2 + 4 H2O C8H10 + 8,5 O2 → 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 : 0,99 g/cm3



Melting point : 600 oC



Ukuran

: 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 o-

xylene 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 228,1oC 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 oC 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/m3, 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 TiO2 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 CO2 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 100oC. 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


Gambar IV-1. Diagram Alir Kualitatif

17


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


B. Neraca Massa Alat 1. Neraca Massa di Flash Drum (FD-01) Daftar V.2 Neraca Massa pada Flash Drum (FD-01)

OX MX

Input (kg/jam) Arus 4 12072,2 120,1

Total

12192,3

Komponen

Output (kg/jam) Arus 5 9657,3 96,6 9753,8

Arus 6 2414,9 23,6 2438,5 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)


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


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

Output (kg/jam) Arus 8 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Arus 9

4,8 96,1 2082,0 356,6 24,8 24,4 88,8 11,8 9341,0

0,0 0,0 0,0 3328,2 2862,7 20703,2 121583,3 0,0 1,6 148479,0

0,0 0,0 0,0 0,0

5120,5 0,0 17150,9 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 BA CA PC W

4,8 96,1 2082,0 356,6 24,8 24,4 88,8 11,8 9341,0 5120,5

0,3 7,9 16,7 5,1 0,0 0,0 0,2 0,0 0,0 1466,5

4,5 88,2 10226,8 351,5 24,7 24,4 88,6 11,8 186,8 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

OX MX PA MA TA PD BA CA PC W

4,5 88,2 10226,8 351,5 24,7 24,4 88,6 11,8 186,8 4646,6

Total

15654,1

Output (kg/jam) Arus 12 4,5

Arus 13 0,0 0,0 10124,6 7,0 0,7 24,4 2,7 11,8 186,8 0,0 10358,0

88,2 102,3 344,5 24,0 0,0 86,0 0,0 0,0 4646,6 5296,1 15654,1

22


6. Neraca Massa di Menara Distilasi 2 (MD-02) Daftar V.7 Neraca Massa pada Menara Distilasi 2 (MD-02)

PA MA TA PD BA CA PC

Input (kg/jam) Arus 13 10124,6 7,0 0,7 24,4 2,7 11,8 186,8

Total

10358,0

Komponen

Output (kg/jam) Arus 14 Arus 15 10080,8 43,8 5,1 2,0 0,2 0,5 6,1 18,3 0,2 2,5 0,1 11,7 4,0 182,8 10096,5 261,6 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 non condensable 1261807,99 gas

Q oxylene masuk

20773,34

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 pemanas V-01 Q pemanas dalam F01 Q reaksi dalam R-01

1641676,93

Q high boiling residue MD-02 Q produk

8351695,83

Q pendingin R-01

36724429,55

36689770,32

12633015,99

Q reaksi dalam T-02

1042891,25

Q pemanas AT-01 Q reboiler MD-01

656992,35 1209874,97

Q reboiler MD-02

875375,19

Q pendingin SC-01 Q reaksi dalam AT01 Q kondenser MD-01 Q kondenser MD-02 Q pendingin pada HE-01

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 Total

45310,83 61707358,43

24270,89 26670,42

154364,80 1878897,64 1717448,29 578928,34

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

Q4 (uap)

235119,77

Q pemanas

1641676,93

Total

1667602,80

Q4 (cairan) Q penguapan Total

761606,46 670876,58 1667602,80

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 Total

5470234,90 8351695,83 13821930,73

Komponen Output Q6 Total

Q (kkal/jam) 13821930,73 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)

Q6 Q reaksi

13821930,73 36689770,32 50511701,05

Total

Komponen Output Q7 Q pendingin Total

Q (kkal/jam) 13787271,50 36724429,55 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

Q8

1261807,99

Qpengembunan

942746,2613

Total

14730017,76

Q crude PA cair Q pendingin Total

835193,78 12633015,99 14730017,76

25


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

Q9

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 Q9 Q pemanas

Total

Q (kkal/jam) 1878085,13 656992,35

2535077,48

Komponen Output Q11 Q10 Q reaksi Q penguapan Total

Q (kkal/jam) 1108837,35 551489,64 154364,80 720385,69 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

1013034,80 1209874,97

Komponen Output Q12 Q13

1720404,10

Q condenser

1878897,64

3943313,87

Total

3943313,87

Q (kkal/jam)

Q (kkal/jam) 1396891,35 667524,88

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)

Q13 Q reboiler Q pengembunan Total

666139,56 875375,19 858724,15 2400238,89

Komponen Output Q14 Q15 Q condenser Total

Q (kkal/jam) 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

Q (kkal/jam)

Q15

658519,71

Q pembekuan Total

Komponen Output Phthalic Anhydride flakes

Q (kkal/jam) 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


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

:

-


: 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


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


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



Atas menara : Suhu : 138,9oC. Tekanan : 3,4 atm



Bawah menara : Suhu : 353,53oC. Tekanan : 3,6 atm

: Suhu : 150oC. Tekanan : 3,5 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



Atas menara : Suhu : 566,96 K. Tekanan : 1,2 atm



Bawah menara : Suhu : 599,89 K. Tekanan : 1,4 atm

: Suhu : 571 K. Tekanan : 1,3 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


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


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


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


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

:


: 86oF


: 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

:


: 86oF


: 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


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


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


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


: 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


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


: P-04

Fungsi

: Memompa bahan keluaran AT-01 kedalam MD-01 dengan

kapasitas 17150,9 kg/jam Tipe

: Centrifugal pump

Jumlah

: 1 unit

Bahan


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


: 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


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


: P-06

Fungsi

: Memompa refluks MD-02 dengan kapasitas 7316,31 kg/jam

Tipe

: Centrifugal pump

Jumlah

: 1 unit

Bahan


Power pompa

: 0,75 hp

Kondisi operasi

:

Suction 

Tekanan

: 1 atm

45


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


: 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


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 Steel, 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 alumunium sulfat (tawas) atau feri sulfat. 3. FILTRASI Proses ini bertujuan untuk menyaring suspended matter pada air, mengadsorbsi 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 digunakan 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.

Spesifikasi : Turbidity

= 850 ppm (gambar 2.1 Powell, 1954)

Air yang diolah (W)

= 36864,3367 kg/jam = Turbidity / 106 x W

Suspended solid (Ws)

= 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

=

12 jam

= Qxt = 531,2977 m3

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

Spesifikasi : Jumlah air yang diolah (W) = 36864,3367 kg/jam Suspended solid (Ws)

= Turbidity / 106 x W

= 15,0406 kg/jam Massa jenis air (ρ)

= 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

(Fig.1 Powell, hal 27)

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) = (100/5) x Wt = 35,3570 kg/jam. Jumlah Larutan Tawas (Wtp)

= Wt + Wp

= 37,1249 kg/jam. Kebutuhan Ca(OH)2 5% Jumlah Ca(OH)2 (Wc)

= Wt = 1,7679 kg/jam.

Jumlah Pelarut Ca(OH)2 (Wp) = (100/5) x Wc = 35,3570 kg/jam. Jumlah Larutan Ca(OH)2 (Wcp) = Wc + Wp = 37,1249 kg/jam. Total Laju Alir Massa (Wtot)

= W + Ws + Wtp + Wcp = 36953,6271 kg/jam.

Debit Total (Q)

= 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

= 0,5587 m

Lebar Baffle (J)

= 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 Bilangan Reynolds (Re)

=

Da2 x N x  / 

= 1769560,8170 Power Number (Np)

= 0,3

Power Pengaduk (P)

=

(Fig.3-4-4, Geankoplis, hal.155)

Np x N 3 x  x Da5

= 67,4742 W = 0,0905 Hp Power Motor Efisiensi Motor

= 92 %

(Fig.4-2, Ulrich, hal.87)

Power Motor (Pm)

= 0,0984 Hp

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 Spesifikasi : 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 19) Perancangan Jenis


Kecepatan air (u)

= 2,0000 m/jam.

(4,8 Q / u  )0,5

Diameter Clarifier (D)

=

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


= 1/4 Da

= 0,5309 m.

Pengaduk Tangki (C)

= 1/3 D

= 1,7697 m.

Putaran Pengaduk (N)

= 0,05 rpm. (Fig. 10.57, Coulson & Richardson, hal.372)

Power Pengaduk Bilangan Reynolds (Re)

=

Da2 x N x  / 


= 0,4

Power Pengaduk (P)

=



= 14,3993 W = 0,0193 Hp Power Motor Efisiensi Motor

= 92 %

Power Motor

= 0,0210 Hp


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

Kondisi operasi

: T = 30 oC, P = 1 atm. : 2 buah

Jumlah

Spesifikasi : Jumlah air

= 36864,3367 kg/jam 61

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Densitas (  )

= 1000 kg/m3

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 : = 2 gal/men.ft2.

Kecepatan filtrasi umum Kecepatan filtrasi maksimum Tinggi tumpukan saringan

=

(Powell ST, hal 77).

3 gal/men.ft2


= 18 – 30 in.

Waktu tinggal air dalam Filter = 20 – 60 menit


Perancangan Kecepatan filtrasi (uf)

= 2 gal/men.ft2

Tinggi tumpukan saringan (hb) =

25 in =

Waktu tinggal (t)

4,8889 m3/men.m2

0,6350 m

= 30 menit = 0,5 jam.

Luas Tampang kolom (A) Diameter (D)

=

=

= Q / uf

4A /  

0,5

=

9,0484 m2.

= 3,3951 m.

Tinggi tumpukan total (ht)

=

uf x t =

Jumlah Tumpukan

=

3,8496 buah

2,4445 m.

Jumlah Tumpukan yang dipakai = 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

Spesifikasi : Jumlah air

= 36864,3367 kg/jam

Densitas (  )

= 1000 kg/m3


= 1, 2 x (W  Ws) / 

= 44,2372 m3/jam Waktu tinggal (t) = 1 jam Volume Tangki (V) = Q x t = 44,2372 m3 Dimensi Tangki dirancang sebagai berikut : Tinggi (H)

= 1,5 x D

Maka : V =

( / 4) x ( D2 ) x ( H )

V = 1,5 x ( / 4) x ( D3 ) 63

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun D =

(4 V /1,5  )1/3

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

Spesifikasi : 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 : V =

 x D2 x H / 4

V =

 x D2 x 1,5 D / 4

D =

(4 V /1,5  )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


Diameter Pengaduk (Da) Lebar Pengaduk (W)

= 0,4 D

= 0,2 Da

= 0,7448 m. = 0,1490 m.


= 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) =

Da2 x N x  / 


= 0,2

Power Pengaduk (P)

=



= 76,3928 W = 0,1024 Hp. Power Motor Efisiensi Motor

= 92 %

Power Motor

= 0,1114 Hp


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 Spesifikasi : Jumlah air (W) = 25337,5 kg/jam Densitas (  )

= 1000 kg/m3


= 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)1/3


= 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


Kondisi

: T = 30 oC, P = 1 atm.

operasi

: 1 buah

Jumlah

Spesifikasi : Jumlah air (W) = 783427,9102 kg/jam Densitas (  )

= 1000 kg/m3


= 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


= 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, QL, 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

QL

= 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 . ( H2 – 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 𝐺′ 𝐻2 𝑑𝐻 𝑧= ∫ 𝐾𝑌𝑎 𝐻1 𝐻𝑖 − 𝐻 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


Kondisi

: T = 30 oC, P = 1 atm.

operasi

: 1 buah

Jumlah

Spesifikasi : Jumlah air (W) = 783427,9102 kg/jam Densitas (  )

= 1000 kg/m3


= 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


= 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


Sungai PUA-01

Ca(OH)2

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

Clarifier

Filtered Water Tank

Sludge (Ke Pengolahan LCmbah Padat) Kaporit

LC

LC LC

Ke Kantor dan Perumahan

PUA-10

Bak Distribusi

PUA-09

Cooling Tower

Tangki Klorinasi

LC

PUA-12

Hot Water Basin

TC Cold Water Basin

PUA-11 Udara

Proses PUA-13

Gambar VIII.3. Proses Alir Air Utili

78

PUA-08


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

: 330oC

Suhu keluar hot fluid

: 325,83oC

Suhu masuk pendingin

: 30oC

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 ft2 F

A

: 3,99 ft2

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/m3 = 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 = 1,08 ft3/s = 0,0306  campuran

m3/s Kapasitas pompa = 10 % dari laju alir = 1,1.0,0306 m3/s.60 s/menit = 2,02 m3/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 in2 = 0,7968 ft2 = 0,07403 m2 c. Menghitung kecepatan linier fluida (V) Kecepatan kinier fluida dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : V=

Qf 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 tipe baja komersial dengan D nominal 2 in, diperoleh harga /D = 0,0009 Dari Appendix C-3 Foust hal. 721, untuk NRe = 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 =

f . V 2 . Le = 0,00556 m 2 . g . Di

j. 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 : V2 = 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.s2) ∆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 m3/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 m3/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 P/2

= 3000 rpm

Kecepatan aktual = (1-slip).Kecepatan sinkron = 2910 rpm Spesific speed (Ns) = N Q

h

3

1

2

= 376,982 rpm = 400 rpm

4

Tenaga pompa 𝑃=

−𝑊𝑠. 𝑄. 𝜌 = 7,02 ℎ𝑝 = 5,24 𝑘𝑊 550

Efisiensi pompa (dari figure 10.62 Coulson) = 0,61 84


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) + zsuction - (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 Jenis

150000 kg/jam : Reciprocating pump

Power pompa : 15 hp Kondisi operasi

:

Suction 

Tekanan



Suhu : 325,83oC

: 1 atm

Discharge 

Tekanan



Suhu : 325,83oC

: 1,3 atm

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

250

240

1 236

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/m3 - pada 300 oC, 852 kg/m3 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


: 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


: 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


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 spesifikasi 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 Jumlah

6,5 207,5

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  )

= 0,8

Total daya

=

329, 40 hp = 411,75 hp = 306,93 0,8

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

=

Volume bahan bakar

=

1104932,27 𝑘𝐽/𝑗𝑎𝑚 43100

𝑘𝐽 ×0,4 𝑘𝑔

64,09 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚 832 𝑘𝑔/𝑚3

= 64,09 kg/jam

= 0,08 m3/jam

Solar disiapkan untuk kebutuhan jika listrik dari PLN mati selama 3 hari (maksimal dan kontinyu), maka bahan bakar yang harus selalu ada adalah : 3 hari x 24 jam x 0,08 m3/jam = 5,51 m3

Tangki Bahan Bakar Fungsi : Menyimpan bahan bakar solar Total kebutuhan bahan bakar

= 5,51 m3

Over design 20 %, maka volume tangki = 6,61 m3 Diambil H = 1,2D

V 6, 43 3  1,91 m 0,3   0,3  

D

:

H

: 1,2 x 1,89 m = 2,29 m

3

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 pengangguran. 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 pabrik beresiko

disusun sedemikian rupa, terutama untuk alat-alat yang

tinggi diberi jarak

yang cukup

sehingga 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

Kantor RnD

Perpustakaan Area Taman

Jalan

Kantor Pusat

Jalan

Jalan

Jalan

Jalan

Wisma Kantor Pusat

Kantor Lingkungan Hidup

Kantor K3

Kantin

P3K

Area Taman

Pos pemeriksaan

Jalan

Pos pemeriksaan Power Station Laboratorium

Bengkel

Control Room

Jalan

Jalan

Fire Station

Utilitas

Fuel Storage

Area Proses Area pengemban gan

Area Tangki dan Gudang Unit Pengolahan Limbah

Jalan

Gambar IX.2. Denah Pabrik Keseluruhan

103


CD01

AT-01

RB01

RB02

CD02

B01

-01 BC

AT-01

AT-01

FL-01

BC -01 MD-02

MD-01

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

Skala 1:500

C-01

Keterangan alat : AC : Accumulator AT : Agitating Tank B : Bin BC : Belt Conveyor C : Compressor CD : Condensor F : Furnace FD : Flash Drum

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

radioactive

oxidizing

irritant

corrosive

Toxic

flammable

Bahan

explosive

Hazard Keterangan

Pengelolaan

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. Autoignition

Disimpan dalam tangki tertutup dan ditempatkan 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%. √

√

√

Reactive with oxidizing agents,

jauh dari sumber nyala. Simpan dalam tempat 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 : Tutup rapat tangki

Mobiloiltherm

√

0,9% UFL :

penyimpanan bila tidak

7,0%.

digunakan. Selalu beri

Boiling point label diluar tangki. 316oC.

Jauhkan dari oxidizing

Reactive

agents dan material yang

with strong

mudah terbakar.

oxidizers Flash point Dowtherm-A

√

113oC. 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

√

√

Operator menggunakan splash googles, full suit, gloves, boots, and vapor respirator.

m-Xylene (C8H10)

√

√

√


Iritasi

√

Mutasi Gen

o-Xylene (C8H10)

Jenis Paparan

Kanker

Kerusakan Organ Tubuh Lainnya

Pengelolaan

KerusakanGinjal

Kerusakan Paru-Paru

Identifikasi potensi paparan bahan kimia . Hazard

phthalic anhydride (C8H4O3)

√

√

√


maleic anhydride (C4H2O3)

√

√

√


C7H6O2 (benzoic acid) C8H8O2 (toluic acid) C8H6O2 (phthalide) C5H6O4 (citraconic acid) C8H6O4 (phthalic acid)

√

√ √ √

Operator harus menggunakan wearpack, masker, dan gloves. Operator harus menggunakan gloves. Operator harus menggunakan gloves.

√

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)

√


√


√


√

√


Tawas (Al2(SO4)3.(1418)H2O

√

√


Kalsium hidroksid (Ca(OH)2)

√

√


√


√

Operator harus menggunakan wearpack, masker, goggles dan gloves

√ √

TiO2 (titanium oxide) Mobiloiltherm Dowtherm-A

√

Kaporit (Ca(OCl)2

Oli pelumas Bahan bakar minyak

√

√

C. IDENTIFIKASI HAZARD LIMBAH Limbah yang dihasilkan dari pabrik juga perlu diidentifikasi hazard nya agar dapat dikelola dan ditangani dengan baik dan bijak. Berikut adalah identifikasi hazard untuk limbah gas, cair dan padat yang dihasilkan dari keseluruhan proses. Daftar X.3. Tabel Identifikasi Hazard Limbah Identifikasi hazard emisi gas yang ada dalam proses

1

CO2

Flue Gas, AC-01

Kerusakan Ekologi

Hujan Ozon Asam

Pengikisan SMOG

SUMBER

Pemanasan Global

No EMISI

Hazard

Toksik

.

Pembentukan

A

Keterangan

Pengelolaan

Efisiensi bahan bakar dengan √

pengaturan flow udara dan insulasi yang baik

112


CH4

CO

pembakaran

yang baik

pengaturan flow udara dan insulasi yang baik

Identifikasi hazard limbah cair yang ada dalam proses

1

Sanitasi

2

Laboratorium

3

Oli bekas Air pencuci sand filter

Sumber

Meracuni biota air

Limbah Cair

Hazard

Meracuni manusia

No

C

pengaturan flow udara dan insulasi

√

AC-01

.

4

sisa dari hasil

Peumahan dan

√

Perkantoran Laboratorium Proses dan Utilitas Utilitas

Merusak ekologi

B

Efisiensi bahan bakar dengan

Efisiensi bahan bakar dengan

Flue Gas,

Mendegradasi kualitas air

3

√

Flue Gas

Mencemari Sumber Air

2

Hidrokarbon

√

√

√

√

√

√

√

√

Pengelolaan

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

Lain-lain

Radioaktif

Mencemari Sumber Air

Ekologi

Merusak

Toxic


√

1

Sludge

Clarifier

2

V2O5-TiO2

Katalis R-01

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

Kuantitas

Komposisi

Simbol

Elevasi

Peralatan

Putaran tinggi

No

Tekanan Suhu

Hazard Keterangan

√

P = 1 atm T =30oC

Tangki 1

penyimpan

T-01

o-xylene 2

3

4

Vaporizer Flash Drum Mixing Point 2

V-01

√

√

P = 6,7 atm T = 228,1oC √

FD-01

MV-02

√

P = 6,7 atm T = 228,1oC P = 6,7 atm T = 228,1oC

Pengelolaan

Dipasang level indicator Dipasang temperature controller Dipasangi level controller Dipasang ratio controller 114


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

√

P = 1,3 atm T = 350oC

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


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


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


Cairan didalam AC-01

ketinggian

Aliran dari

terakumulasi melebihi

cairan didalam

SC-01 naik

batas normalnya dan

Dipasang level controller


pada AC-01 yang

AC-01 7

Accumulator AC-01

meningkat?


Apa yang

cairan keluar. Sehingga

terjadi jika ketinggian

Aliran dari

cairan didalam

SC-01 turun

AC-01

Cairan dalam AC-01 akan habis menyebabkan

ketinggian cairan dalam 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


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 terlalu besar?

Panas yang

Padatan hasil keluar flaker

disuplai oleh

tidak dapat langsung

flaker terlalu

dipacking karena suhunya

kecil

masih tinggi

Dipasang temperatur controller untuk padatan keluar flaker yang dihubungkan dengan aliran pendingin masuk

Daftar X.6. Tabel Identifikasi Hazard Plant Layout dan Lokasi Proses

Pelepasan Bahan Berbahaya

√

√

Operability and Maintainability

Kebakaran

Ledakan

Identifikasi hazard plant layout dan lokasi proses Hazard Pengelolaan

PLANT LAYOUT 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

Kuantitas

Komposisi

Putaran tinggi

1

Kolam Ekualisasi

√

2

Bak Sedimentasi

√

3

Bak Koagulasi

√

4

Clarifier

√

Elevasi

Peralatan

Suhu

No

5

Simbol

Tekanan

Hazard

Bak Penampung

√

Sementara

√

6

Sand Filter

7

Fitered Water Tank

8

Tangki Klorinasi

√

9

Bak Distribusi Air

√

10

Cooling Tower

11

Hot Water Basin

√

12

Cold Water Basin

√

√

√

√

√

Keterangan

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 T =30oC P = 1 atm T =30oC P = 1 atm T =30oC P = 1 atm T =30oC

Pengelolaan






-




P = 1 atm


T =30oC

controller

P = 1 atm T =30oC P = 1 atm T =30oC



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 Air 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?

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


PUA-04 mengalami

Dapat terjadi

Dipasangi level

trouble

overflow pada bak

controller yang


mengakibatkan

trouble

kavitasi pada PUA04


PUA-05 mengalami

Dapat terjadi

Dipasangi level

trouble

overflow pada bak

controller yang


mengakibatkan

trouble

kavitasi pada PUA05


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


mengakibatkan

trouble

kavitasi pada PUA06


PUA-08 mengalami

Dapat terjadi

Dipasangi level

trouble

overflow pada tangki

controller yang

Tangki kosong dan PUA-07 mengalami

mengakibatkan

trouble

kavitasi pada PUA07


PUA-09 mengalami

Dapat terjadi

Dipasangi level

trouble

overflow pada tangki

controller yang

Tangki kosong dan PUA-08 mengalami

mengakibatkan

trouble

kavitasi pada PUA08


PUA-10 mengalami

Dapat terjadi

Dipasangi level

trouble

overflow pada bak

controller yang


mengakibatkan

trouble

kavitasi pada PUA09


125

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Dipasangi temperature controller pada

9

Cooling Tower


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 Cold Water 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

11

PUA-12 mengalami

meningkat?

Kolam kosong dan

Apa yang terjadi jika level cairan didalam bak

PUA-11 mengalami

mengakibatkan

trouble

kavitasi pada PUA-

menurun?

02



Daftar X.9. Tabel Identifikasi Hazard Alat Utilitas Siklus Dowtherm C

Identifikasi hazard kondisi peralatan utilitas (siklus dowtherm)

Kuantitas

Komposisi

Elevasi tinggi

Simbol

Putaran

Peralatan

Suhu

No

Tekanan

Hazard Keterangan

Pengelolaan

126


1

Heat Exchanger

HEU-3;HEU-4

√


P=1,3 atm T=400oC

controller dan isolator

Daftar X.10. Tabel Analisis “What If” Utilitas Siklus Dowtherm No

Alat

What If

Simbol

Question

Apa yang

1

Heat Exchanger

HEU-

terjadi jika suhu

3;HEU-

keluaran HE

4

menurun atau meningkat

Penyebab

Terjadi gangguan (kenaikan atau penurunan) pada aliran dowtherm

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

Kebisingan √ Panas

Keterangan

Pengelolaan

Luka Bakar

ISPA

Kanker

Jenis Paparan

Tuli

Identifikasi potensi paparan fisis Hazard

√

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


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


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

Kabag. Administrasi

Kasi. Keuangan

Kasi. Pemasaran

Kasi. HSE

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 pemegang 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 berhubungan

pelaksanaan 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


: 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


: 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


: 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


: 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


: 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

Hari Jumat

: Jam kerja

: 07.00 – 16.00

Istirahat

: 12.00 – 13.00

: Jam kerja Istirahat

: 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


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

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

S-1 / D-3 SMA/SM K/D3 SMA/SM K/D3 SMA/SM K/D3 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

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


Diperkirakan pada tahun 2018, pabrik akan selesai dibangun. Annual index pada tahun 2018 diperoleh dengan cara ekstrapolasi. 700 600

y = 9,6482x - 18861

CEP

500 400 300

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 NX

(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 (Fixed 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

10

Menara Distilasi2

1

11

CD-01

1

Fig. 14.56 Timmerhaus Fig. 16.35 Timmerhaus Fig. 16.24-26 Timmerhaus Fig. 16.24-26 Timmerhaus 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

27

Pompa 6

2

Fig. 14.40 Timmerhaus 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 b

Purchased Equipment Cost (PEC) Ongkos import (15% PEC)

c

Pajak masuk (5% PEC)

d

Transportasi ke lokasi

$ 15.698.647,17 2.354.797,07

7.849.323.582,78 7.849.323.582,78 Delivered Equipment Cost (DEC) (a+b+c+d) Delivered Equipment Cost (DEC) dalam US $

15.698.647.165,56

18.053.444,24 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 Harga tanah 1.000.000/m2 (rumahdijual.com) Luas tanah 30.000 m2 a 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 11

Hot Basin Cold basin

1 1

12

Tangki Klorinasi

1

13

Bak Distribusi

1

14

Tangki kaporit

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

metchem.com fig.14.56 Timmerhaus fig. B-6 Timmerhaus

fig.14.56 Timmerhaus fig.14.56 Timmerhaus fig.14.56 Timmerhaus

976,21 gal 256,86 gal 256,86 gal 162,38 gpm

16000

27261

27261

8200

13971

13971

8200

13971

13971

76800

76800 2934041

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, Rp 35285000

532,00 m3

1 2

Total Harga, US$

17900

35800

22000

37484

37484

88000

149934

299869 62353204 62353204

21000

35780

35780

60000

102228

102228

8500

14482

14482

147


15

PUA-1

2

fig.14.40 Timmerhaus

16

PUA-2

2


17

PUA-3

2


18

PUA-4

2


19

PUA-5

2


20

PUA-6

2


21

PUA-7

2


22

PUA-8

2


23

PUA-9

2


24

PUA-10

2


25

PUA-11

2


26

PUA-12

2


194,77 145,42 194,77 7,85 194,77 60,33 194,77 6,21 194,77 9,49 194,77 19,33 12,35 14,48 12,35 23,00 12,35 70,03 172,47 12,77 4139,20 20,18 39,81 52,06

gpm ft gpm ft gpm ft gpm ft gpm ft gpm ft gpm ft gpm ft gpm ft gpm ft gpm ft gpm 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


27

PUA-13

2


28

PUA-14

2


29

PUA-15

2


30

PUA-16

2


31

PUA-17

2


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

39

PU-03

2

40

PU-04

2

fig.14.40 Timmerhaus fig. 14.39 Timmerhaus

161,98 14,30 632,65 8,36 544,60 14,25 3241,31 5,19 386,76 18,77 857,55 492,00 3,99

gpm ft gpm ft gpm ft gpm ft gpm ft gpm ft ft2

8,89 gpm 85409,65 gal 43586,61 4098,40 351,39 94,82

gal ft2 gpm ft

71,50 gpm 631,24 gpm

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

149

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun fig.14.40 Timmerhaus fig. 14.39 Timmerhaus fig.14.40 Timmerhaus

41

PU-05

2

42

PU-07

2

43

PU-08

2


44

PU-09

2


45

PU-10

2


46 47

HEU-3 HEU-4

1 1

48

Tangki Dowterm

1

49

Kompresor udara

1

50

Tangki Udara

1

51

Generator Diesel

1

52

Tangki Solar

1

matche.com matche.com fig.14.56 Timmerhaus Fig. 14.45 Timmerhaus fig.14.56 Timmerhaus Krisbow fig.14.56 Timmerhaus

19,68 ft 691,22 44,87 20,37 44,87 20,37 44,87 20,37 44,87 20,37 223,92 74,64

m3/jam m3/jam ft m3/jam ft m3/jam ft m3/jam ft ft2 ft2

2265,62 gallon 475,51 gpm 1629,94 gallon 1000 kW 5140,4 gallon

110000

187418

374836

890

1516

3033

890

1516

3033

890

1516

3033

890

1516

3033

25400 3000

25400 3000

12000

20446

20446

80000

136304

136304

19000

32372

32372

100000

100000

25557

25556,97987

Total

2269850

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 a 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)

$

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

FIXED CAPITAL COST Daftar XII.13. Rangkuman Perhitungan Fixed Capital Cost

No Komponen 1 Delivered Equipment Cost 2 Installation 3 Piping 4 Instrumentation 5 Insulation 6 Electrical 7 Pembelian tanah dan perbaikan 8 Bangunan dan perlengkapan 9 Utilities Total Cost PHYSICAL PLANT COST (PPC) 10 Eng. and Construction (20%PPC) DIRECT PLANT COST (DPC) (9+10) 11 Contractor’s fee (5% DPC) 12 Contingency (15% DPC) FIXED CAPITAL COST (FCC) (DPC+11+12) FCC dalam Rupiah saja FCC dalam Dollar saja

Rp 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

$ 19.623.308,96 1.978.029,54 5.886.992,69 1.907.385,63 510.206,03 1.138.151,92

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 Daftar XII.14. Perhitungan Penjualan Produk

No 1

Jenis Jumlah, Harga Referensi Harga Material ton/tahun satuan Phthalic $ 80.000 Globalchemicalprice.com Anhydride 1,07/kg

Total Harga, US$ 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 Manufacturing Cost a.

Harga Bahan Dasar (Raw Material), semua bahan diimpor. Daftar XII.15. Perhitungan Direct Manufacturing Cost

N o

Jumla h, kg/jam

Jenis Material

1

o-xylene

2

Dowtherm

3

Molten Salt

Mobiloilther m Total Raw Material 4

b.

Harga satuan

9753,8 $ 5 0,35/kg 0,45 $ 3/kg 7,50 $0,97/k g 7,34 $2,5/kg

Referensi Harga

Globalchemicalprice.com

Harga per tahun $ 27.037.672,00

Alibaba.com

10.758,53

Nrel.gov

57.618,00

Mobiloil.com

145.375,56 27.251.424,29

Buruh (operating labor) Kebutuhan buruh untuk Proses utama : Daftar XII.16. Perhitungan Operating Labor untuk Proses Utama

Alat Vaporizer Furnace Flash Drum Reaktor Switch Condenser Akumulator Aging Tank Menara Distilasi Kondenser

Jumlah Unit 1 1 1 3 2 1 3 2 2

Operator/unit shift 0,05 0,5 0,2 0,5 1 1 0,5 0,5 0,05

Operator/shift 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

Jumlah Unit 1 1 2 1 1 3

Alat Air plant Generator Cooling Tower Water treatment UPL Refrigeration

Operator/unit shift 0,5 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

Rp c Supervisi (15% Labor Cost) 789.300.000,00 d Maintenance cost (6% FCI) 9.834.192.091,79 e Plant Supplies (15% 1.475.128.813,77 Maintenance cost) f Royalties and patent (1% Sales) 25.668.406.764,00

$ 2.952.084,90 442.812,73

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. Indirect 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. Fixed Manufacturing Cost Daftar XII.21. Perhitungan Kebutuhan Fixed Manufacturing Cost

a. b. c.

Depresiasi (10% FCC) Property tax (2% FCC) 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 MANUFACTURING COST Daftar XII.22. Rangkuman Perhitungan Manufacturing Cost

No. Komponen 1 Harga Bahan Dasar 2 Buruh (Operating Labor) 3 Supervisi 4 Maintenance cost 5 Plant Supplies 6 Royalties and patent 7 Utilitas Direct Manufacturing Cost 8 Payroll overhead 9 Laboratory 10 Plant overhead 11 Packaging and Shipping Indirect Manufacturing Cost 12 Depresiasi 13 Property tax 14 Insurance Fixed Manufacturing Cost MANUFACTURING COST (MC)

Rp 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

$ 27.251.424,29

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 Investment (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 Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun TCI dalam Rupiah saja TCI dalam Dollar saja

791.779.373.247,21 79.177.937,32

C. PENGELUARAN UMUM (General Expense) 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) Finance = (13,5% WC)+(10% FCC)

Total General Expense Total Product Cost (TPC) = Manufacturing Cost + General Expense

$

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 56.201.208,21

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

=

𝐹𝑖𝑥𝑒𝑑 𝐶𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎𝑙 𝑃𝑢𝑟𝑐ℎ𝑎𝑠𝑒𝑑 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑝𝑚𝑒𝑛𝑡 𝐶𝑜𝑠𝑡

=

655.917.351.404,97 156.986.471.700

(2)

= 4,18

ANALISA KELAYAKAN 1. Percent Return of Investment (ROI) ROI adalah kecepatan tahunan pengembalikan investasi (modal) dari keuntungan. Persamaan untuk ROI adalah:

ROI b 

Pr ofit before taxes ´ 100% Fixed Capital Cost

(3)

156


Pr ofit after taxes ´ 100% Fixed Capital Cost

ROIa 

(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 x100 % Rp 655.917.35 1.404,97

= 44,76 % ROI setelah pajak

=

Rp 146.800.73 8.369,14 x100 % Rp 655.917.35 1.404,97

= 22,38 %

2. Pay Out Time (POT) POT merupakan jangka waktu pengembalian investasi (modal) berdasarkan keuntungan perusahaan dengan mempertimbangkan depresiasi. Berikut adalah persamaan untuk POT

POTb  POTa  POT sebelum pajak

:

Fixed Capital Cost Pr ofit before taxes  Depreciati on Fixed Capital Cost Pr ofit after taxes  Depreciation

(5)

(6)

=

Rp 692.997.35 1.404,97 x100 % 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 x100 % Rp (142.725.8 17.190,51  20.098.320 .152,98 ) = 4,02 tahun

157


3.

Break Even Point (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 =

Fa  0,3  R a x 100% S a  Va  0,7  R a

(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.

Fixed expense 

Depreciation



65.624.529.754,83



Property tax

= Rp



Insurance

= Rp

= Rp

Fa

= Rp

19.677.520.542,15 6.559.173.514,05 + 91.828.429.196,70

b. Variable expense



Raw material

= Rp 272.514.242.880,00



Royalties and patent

= Rp



Packagin and shipping

= Rp 25.668.406.764,00



Utilities

= Rp 6.880.291.120,89 + Va

25.668.406.764,00

= Rp 330.731.347.528,89

c. Regulated expense



Labor cost

= Rp

6.240.000.000,00



Supervision

= Rp

789.300.000,00

158

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 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+(0,3×194.944.099.110,51)

855.613.558.800,00−(0,7×194.944.099.110,51)−330.731.347.528,89

× 100%

= 41,46%

4.

Shut Down Point (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 sama dengan selisih antara total cost dan total sales. SDP dinyatakan dengan persamaan berikut: SDP = SDP

=

0,3  R a x 100% S a  Va  0,7  R a

(0,3×194.944.099.110,51) 855.613.558.800,00−(0,7×194.944.099.110,51)−330.731.347.528,89

(8)

× 100%

= 17,02 %

5.

Discounted Cash Flow Rate of Return (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 (𝑇𝐶𝐼)(1 + 𝑖)𝑛 = ∑𝑛𝑘=1 𝐶𝑘 (1 + 𝑖)𝑛−𝑘 + 𝑊𝐶 + 𝑆𝑉

(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


1000

900

800

Milyar Rp / tahun

700

600

Ra

500

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) (Detail 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 H2O

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


(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


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 : 𝜇𝑔 =

∑(𝑦𝑖 .𝐵𝑀𝑖 0,5 .𝜇𝑖 ) ∑(𝑦𝑖 .𝐵𝑀𝑖 0,5 )

Dimana : yi = fraksi mol masing-masing komponen; BMi= Berat molekul masing-masing komponen (gram/mol); µi = viskositas komponen (cp).

e. Konduktivitas thermal umpan (kG) Konduktivitas termal campuran gas dapat diestimasi dengan persamaan : ∑(𝑦𝑖 . 𝐵𝑀𝑖 1/3 . 𝑘𝑖 ) 𝑘𝑔 = ∑(𝑦𝑖 . 𝐵𝑀𝑖 ) Dimana : yi

= fraksi mol masing-masing komponen;

BMi= Berat molekul masing-masing komponen (gram/mol); ki

= konduktivitas termal masing-masing komponen (cp).

R-5


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 : 1

𝐼𝐷𝑏 =

𝑁𝑡 𝐶2 𝑂𝐷𝑡 ( 𝐶1 )

(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. 𝐼𝐷𝑠 = 𝐼𝐷𝑏 +

(28,571 𝐼𝐷𝑠 + 44,256) 100

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 : 𝐼𝐷

ℎ𝑖𝑜 = ℎ𝑖 × 𝑂𝐷𝑡

𝑡

Untuk mengevaluasi nilai hi, digunakan persamaan : ℎ𝑖. 𝐼𝐷 = 0,027(𝑅𝑒𝑡 )0,8 (𝑃𝑟𝑡 )1/3 𝑘𝑔 Dengan, 𝑃𝑟𝑡 =

𝑐𝑝 . 𝜇𝑔 𝑘𝑔

𝑐𝑝𝑔 = 𝑦𝑖 × 𝑐𝑝𝑖 𝜋. 𝐼𝐷𝑡 2 𝑎𝑡 = 4 𝐹𝑚 𝐺= 𝑎𝑡 × 3600 Dimana : ℎ𝑖𝑜

= koefisien transfer panas di tube, kJ/m2.jam.K

𝑘𝑔

= konduktivitas panas gas, kJ/m.jam.K

𝐹𝑚

= kecepatan aliran massa gas, kg/jam

𝑎𝑡

= luas flow area tube, m2

𝑐𝑝𝑖

= kapasitas panas gas komponen, kJ/kmol/K

𝑐𝑝

= kapasitas panas gas campuran, kJ/kmol/K

𝑅𝑒𝑡

= bilangan Reynold tube = 500

𝑃𝑟𝑡

= bilangan Prandtl tube

𝑂𝑑𝑡

= 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 Cpc

= 372,93 Btu/lb oF = 1,5614 kJ/kg K

c

= 9,00 kg/m/jam

kc

= 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 : ℎ𝑜. 𝐷𝑒 = 0,36(𝑅𝑒𝑠 )0,55 (𝑃𝑟𝑠 )1/3 𝑘𝑐 dengan, 𝐷𝑒 . 𝐺𝑐 𝜇𝑐 𝑐𝑝𝑐 . 𝜇𝑐 𝑃𝑟𝑠 = 𝑘𝑐

𝑅𝑒𝑠 =

𝐷𝑒 =

𝑎𝑠 =

𝐼𝐷𝑠 . 𝐶 ′ . 𝐵 𝑃𝑇

𝐺𝑐 =

𝑊𝑠 𝑎𝑠 × 3600

1 1 4 (2 . 0,866. 𝑃𝑇 2 − 8 . 𝜋. 𝑂𝐷2 ) 1 2 . 𝜋. 𝑂𝐷

ℎ𝑜

= koefisien transfer panas di shell, kJ/m2.jam.K

𝑘𝑐

= konduktivitas panas pendingin, kJ/m.jam.K

𝑊𝑠

= kecepatan aliran massa pendingin, kg/jam

𝐺𝑐

= fluks aliran massa pendingin, kg/m2.s

𝜇𝑐

= viskositas pendingin, kg/m.s

𝑘𝑐

= konduktivitas panas pendingin, kJ/m.jam.K

𝑎𝑡

= luasflow area shell, m2.

𝑃𝑇 , 𝐶 ′ , 𝐵

= lebar pitch, clearance, dan baffle size, m

𝐷𝑒 , 𝐼𝐷𝑠

= diameter ekivalen dan diameter dalam shell, m.

l. Menghitung koefisien transfer panas overall (Ud) Koefisien transfer panas pipa bersih:

R-8


𝑈𝑐 =

ℎ𝑖𝑜. ℎ𝑜 ℎ𝑖𝑜 + ℎ𝑜

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 𝑈𝑑 =

1 1 𝑅𝑑 + 𝑈𝑐

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 : -rox = k Pox PO2 dengan : -rox

= 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 : 27000 𝑘 = exp (− ( ) + 19,837) 𝑅𝑇 Dimana : 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: 𝑃𝑂𝑋 = 𝑦𝑂𝑋 × 𝑃 𝑃𝑂2 = 𝑦𝑂2 × 𝑃 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


Pox =

=

Fox0(1  X ) P Fox0(60,5767  1,2000 X )

(1  X ) P (60,5767  1,2000 X ) 𝐹

0−8,5720.𝐹𝑜𝑥0.𝑋

𝑃𝑂2 = 𝐹𝑜𝑥0𝑂2(60,5767−1,2000 𝑋)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 Xa + z

Fa Xa

ID

OD

Z=L

Z=0 z

Gambar 11. Penampang Aliran dalam Tube Neraca massa pada elemen volume ∆V : 𝑅𝑎𝑡𝑒 𝑜𝑓𝑚𝑎𝑠𝑠 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 − 𝑅𝑎𝑡𝑒 𝑜𝑓 𝑚𝑎𝑠𝑠 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 + 𝑅𝑎𝑡𝑒 𝑜𝑓 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝑅𝑎𝑡𝑒 𝑜𝑓𝑎𝑐𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 Pada steady state, akumulasi = 0, maka : Fox-z = Fox-Z+∆Z - (-rox). Nt. ∆V. (1- ε). ρB

R-11


Fox  Foxz  z  (rox )  B .N t . / 4.( ID )2 .Z .(1   ) z Z FoxZ  FoxZ  Z Z

  (rox ). B .Nt. / 4.( ID)2.(1   )

dFox  (rox ). B .Nt. / 4.(ID)2.(1   ) dZ

lim = ∆Z→0

Dimana : Fox

= Fox0 (1 - X)

dFox = -Fox0 . d X

Maka :

 Fox0.dX  (rox ). B .Nt. / 4.(ID)2 .(1   ) dZ

dX dZ



(rox ). B .Nt. / 4.(ID)2 .(1   ) Fox0

(36)

Keterangan : Fox0

= flowrate inlet o-xylene, kmol/jam;

rOX

= 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: 𝑄𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 − 𝑄𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 + 𝑄𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = 𝑄𝑎𝑘𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑠𝑖

R-12

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun ∑ 𝐹𝑖 𝐶𝑝𝑖 (𝑇 − 𝑇𝑟𝑒𝑓)|𝑧 − ∑ 𝐹𝑖 𝐶𝑝𝑖 (𝑇 − 𝑇𝑟𝑒𝑓)|𝑧+∆𝑧 + ∑(−∆𝐻𝑅𝑖 ). 𝑟𝑖 . 𝜌𝑏. 𝐴. ∆𝑧 − 𝑈𝐷 . 𝜋. 𝑂𝐷. 𝑁𝑡. ∆𝑧(𝑇 − 𝑇𝑐) = 0 (𝑇 − 𝑇𝑟𝑒𝑓)|𝑧+∆𝑧 − (𝑇 − 𝑇𝑟𝑒𝑓)|𝑧 lim ∑ 𝐹𝑖 𝐶𝑝𝑖 ( ) ∆𝑧→0 ∆𝑧 = ∑(−∆𝐻𝑅𝑖 ). 𝑟𝑖 . 𝜌𝑏. 𝐴 − 𝑈𝐷 . 𝜋. 𝑂𝐷. 𝑁𝑡(𝑇 − 𝑇𝑐) 𝑑𝑇 = ∑(−∆𝐻𝑅𝑖 ). 𝑟𝑖 . 𝜌𝑏. 𝐴 − 𝑈𝐷 . 𝜋. 𝑂𝐷. 𝑁𝑡(𝑇 − 𝑇𝑐) 𝑑𝑧 𝑑𝑇 ∑(−∆𝐻𝑅𝑖 ). 𝑟𝑜𝑥 . 𝜌𝑏. 𝐴 − 𝑈𝐷 . 𝜋. 𝑂𝐷. 𝑁𝑡(𝑇 − 𝑇𝑐) = ∑ 𝐹𝑖 𝐶𝑝𝑖 𝑑𝑧

∑ 𝐹𝑖 𝐶𝑝𝑖

Keterangan : Z

= tebal tumpukan katalis, m

𝑈𝐷

= koefisien transfer panas overall, kJ/m2 K.jam

−∆𝐻𝑅𝑖

= panas reaksi i, kJ/kmol

rOX

= 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: 𝑄𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 − 𝑄𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 + 𝑄𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = 𝑄𝑎𝑘𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑠𝑖 𝑊𝑠 𝐶𝑝𝑐 (𝑇𝑐 − 𝑇𝑟𝑒𝑓)|𝑧+∆𝑧 − 𝑊𝑠 𝐶𝑝𝑐 (𝑇𝑐 − 𝑇𝑟𝑒𝑓)|𝑧 + 𝑈𝐷 . 𝜋. 𝑂𝐷𝑡. 𝑁𝑡. ∆𝑧(𝑇 − 𝑇𝑐) = 0 (𝑇𝑐 − 𝑇𝑟𝑒𝑓)|𝑧+∆𝑧 − (𝑇𝑐 − 𝑇𝑟𝑒𝑓)|𝑧 lim 𝑊𝑠 𝐶𝑝𝑐 ( ) ∆𝑧→0 ∆𝑧 = − 𝑈𝐷 . 𝜋. 𝑂𝐷𝑡. 𝑁𝑡(𝑇 − 𝑇𝑐) 𝑊𝑠 𝐶𝑝𝑐

𝑑𝑇𝑐 = −𝑈𝐷 . 𝜋. 𝑂𝐷𝑡. 𝑁𝑡(𝑇 − 𝑇𝑐) 𝑑𝑧

R-13

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun 𝑑𝑇𝑐 −𝑈𝐷 . 𝜋. 𝑂𝐷𝑡. 𝑁𝑡(𝑇 − 𝑇𝑐) = 𝑑𝑧 𝑊𝑠 𝐶𝑝𝑐

(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) 𝑑𝑃 𝐺(1 − 𝜀) 150(1 − 𝜀)𝜇𝑔 = −9,8692. 10−6 [ + 1,75𝐺] 𝑑𝑧 𝜌. 𝐷𝑝. 𝜀 3 𝐷𝑝

(38)

dengan, 𝐺

= fluks aliran massa gas dalam reaktor, kg/m2.s

𝜀

= porositas katalis

𝐷𝑝

= diameter partikel katalis, m

𝜇𝑔

= viskositas gas, kg/m.s

Tinggi bed 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 Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 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 Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 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 Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 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 Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 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


%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

conversion

0.7 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


636

634

suhu,K

632

630

628

626

624

622 0

2

4

6 z,m

8

10

12

Gambar 2. Grafik Temperatur dalam Tube Terhadap Tinggi Bed 604

suhu pendingin, K

603

602

601

600

599

598

0

2

4

6 z,m

8

10

12

Gambar 3. Grafik Temperatur Pendingin dalam Shell terhadap Tinggi Bed

R-27


6 5.5 5

tekanan,atm

4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5

0

2

4

6 z,m

8

10

12

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  0,125 f .E  0,6 P (111,16 psi)(101,59in)  0,125in (16250 psi)(0,8)  0,6(111,16 psi)

= 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 Head Ukuran head yang digunakan dalam perancangan reaktor adalah: = 1/2 IDS

a

= 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

b

=r-

BC2  AB2

= 39,9872 in

Tebal head (th) dihitung dengan persamaan : 𝑡ℎ =

0,885. 𝑃. 𝐼𝐷𝑆 +𝐶 𝑓. 𝐸 − 0,1. 𝑃

R-30

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Bahan head diambil sama dengan bahan shell 0,885x27,6931 psi 𝑥 (122,92 𝑖𝑛)

1

𝑡ℎ = 14.900 𝑝𝑠𝑖 𝑥 0,8 − 0,1 𝑥 27,6391 psi + 8 𝑖𝑛 = 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 ≤ 1300oF 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 𝜌=

= 23,0042 kg/s = 30,0592 kg/kgmol

1,55 𝑎𝑡𝑚. 101,325 (30,0592 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙) 𝑘𝑔 = 0,9112 3 8,314. (623.15 𝐾) 𝑚

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

𝑘𝑔 -0.35 𝑚3

)

= 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 𝜌=

= 23,0042 kg/s = 29,0671 kg/kgmol

1,31.101,325(29,0671) 𝑘𝑔 = 0,7438 3 8,314. (623,9373 𝐾) 𝑚

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


= 42 in

OD

= 42 in

Tipe

= Standard

ID

= 41,25 in


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


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


= 6 in

OD

= 6,625 in

Tipe

= 40

ID

= 6,065 in


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 Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun  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. Untuk menghitung T1 digunakan persamaan: 𝑆𝑢ℎ𝑢 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 + 𝑠𝑢ℎ𝑢 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 2 (603,15 − 273,15)℃ + (598,9819 − 273,15)℃ 𝑇1 = 2

𝑇1 =

𝑇1 = 327,9160 ℃ 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 (Kis)

: 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 Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 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: 𝑇 − 200℃ 𝑘𝑠 − 16,3 = 600℃ − 200℃ 22 − 16,3 327,9160 ℃ − 200 ℃ 𝑥(22 − 16,3) 600℃ − 200 ℃ 𝑊 𝑘𝑠 = 18,1228 𝑚. 𝐾 𝑘𝑠 = 16,3 +

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: 𝑇3 + 𝑇𝑎 2 30℃ + 50℃ 𝑇𝐹 = 2 𝑇𝐹 =

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 𝑅𝑎 =

𝑔. 𝛽. (𝑇3 − 𝑇𝑎 ). 𝐿3 𝑥𝑃𝑟 𝑣2

R-36

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun : g = percepatan gravitasi (9,8 m2/s)

dengan

L= panjang pipa over design reaktor (m)

9,8 𝑅𝑎 =

𝑚 𝑥10−3 1 𝑥 3,1949 𝑥 (323,15 − 303,15)𝐾𝑥(11 𝑚)3 𝐾 𝑠2 𝑥0,7051 (1,7 𝑥10−5 𝑚2 /𝑠)2

𝑅𝑎 = 2,8840 1012 Ra lebih besar dari 109, maka aliran udara adalah turbulen. Untuk menghitung koefisien transfer panas konveksi aliran turbulen digunakan persamaan (Holman, 1986): ℎ𝑐 = 0,1

ℎ𝑐 = 0,1

𝑊 0,0272 𝑚 𝐾

11 𝑚 𝑊 ℎ𝑐 = 3,5197 2 𝑚 𝐾

𝑘 (Gr. Pr)1/3 𝐿

(2,884𝑥1012 )1/3

b. Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Radiasi (hr) Untuk menentukan koefisien perpindahan panas radiasi (hr) digunakan persamaan: ℎ𝑟. (𝑇3 − 𝑇𝑎 ) = ℰ. . (T3 4 − Ta 4 )

(Holman, 1986)

dengan: 

= Konstanta Boltzman

ℰ

= emisivitas dinding isolator = 0,93

ℎ𝑟 =

= 5,669.10-8W/m2K4

0,93 𝑥 5,669𝑥10−8 𝑥 ((323,15 𝐾)4 − (303,15 𝐾)4 ) (323,15 𝐾 − 303,15 𝐾) ℎ𝑟 = 6,4733

𝑊 𝑚2 𝐾

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 Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun q4 = (hc + hr). 2.π.R3.L.(T3-Ta) q4 = (3,5197+6,4733) 2 . R3. L (323,15 K-303,15 K) q4 = 399,7206 . R3. L Nilai q3 dihitung dengan persamaan: 𝑞3 =

𝑞3 =

2. 𝜋. 𝐿(𝑇2 − 𝑇3 ) 𝑅 ln(𝑅3 ) 2 𝑘𝑖𝑠

2(0,0883) 𝜋. 𝐿. (𝑇2 − 323,15) 𝑅3 ln( ) 2,6058 𝑚

Nilai q2 dihitung dengan persamaan: 𝑞2 =

2. 𝜋. 𝐿(𝑇1 − 𝑇2 ) 2. 𝜋. 𝐿(𝑇1 − 𝑇2 ) = 𝑅 2,6058 𝑚 ln (𝑅2 ) ln ( ) 2,5804 𝑚 1 𝑊 𝑘𝑠 18,1228 𝑚 𝐾

𝑞2 = 3700,3042. 𝜋. 𝐿. (601,0660 𝐾 − 𝑇2 ) d. Menghitung Suhu Dinding Luar Shell (T2) Untuk menghitung nilai T2, terlebih dahulu nilai R3 di-trial sehingga nilai q4 dapat diketahui. Dari persamaan di atas diketahui bahwa nilai q4 = q2. q4 =q2 399,7206 . R3. L= 3700,3042. 𝜋. 𝐿. (601,0660 𝐾 − 𝑇2 ) 𝑇2 = 601,0660 − 0,1080𝑅3 e. Menghitung Nilai Jari-jari Reaktor Setelah Diisolasi (R3) Nilai R3 dapat dihitung dengan persamaan: q3 = q4 𝑞3 =

2(0,0883) 𝜋. 𝐿. (𝑇2 − 323,15) = 399,7206 . R3. L 𝑅3 ln( ) 2,6058 𝑚 𝑇2 = 323,15 + 2407,9552 𝑅3 . ln (

𝑅3 ) 2,6058 𝑚

R-38


Dari hasil trial diperoleh: R3

= 2,7187 m

Tebal isolasi

= R3 - R2 = (2,7187 – 2,6058) m = 0,1129 m

Nilai R3 yang didapat dari trial digunakan untuk mencari nilai T2, yaitu: 𝑇2 = 601,0660 − 0,1080 𝑅3 𝑇2 = 600,7723 𝐾 = 327,6223 𝑜𝐶 f. Mengitung Jumlah Panas yang Hilang ke Lingkungan Untuk mencari besarnya nilai panas yang hilang ke lingkungan digunakan persamaan: Qloss = (hc + hr).2.π.R3.L.(T3 – Ta) 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 = (3,5197 + 6,4733)

𝑊 . 2. . 2,7187 m. 11 m(323,15 − 303.15 K) 𝑚2 𝐾 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 = 37554,1273 𝑊𝑎𝑡𝑡

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 SWITCH CONDENSER-01 (SC-01) (Detail 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, 69n  0,8) 1, 223PT 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 : 𝑄 = 𝐹. 𝐶𝑝. (𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑜𝑢𝑡) (2) 𝑄 = 𝐹𝑠. 𝐶𝑝𝑠. (𝑇𝑠𝑖𝑛 − 𝑇𝑠𝑜𝑢𝑡) (3)

SC-2


(𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑠𝑜𝑢𝑡) − (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑠𝑖𝑛) 𝑄 = 𝑈𝑑. 𝐴. ( ) (𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑠𝑜𝑢𝑡) 𝑙𝑛 (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑠𝑖𝑛) 𝐴 = 𝜋. 𝑂𝐷𝑡𝑢𝑏𝑒. 𝑧. 𝑛𝑡𝑢𝑏𝑒 (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

Dari Persamaan 2 maka didapatkan nilai : mol Joule . 32,82 . (350 − 211)𝐾 sekon mol. K Joule 𝑄 = 7080912,626 sekon

𝑄 = 1552,06

Dari Persamaan 2 maka didapatkan nilai : 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑚 𝑇𝑠𝑖𝑛 = + (140 + 273,15)𝐾 𝑘𝑔 𝐽 32,82 . 1988 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛 𝑘𝑔. 𝐾 7080912,626

𝑇𝑠𝑖𝑛 = 220,5 C = 493,64 K Dari Persamaan 3 maka didapatkan nilai : 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛 𝑧= (350 − 220,5) − (211 − 140) 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 94,34 𝑚2. 𝐾 . 2.3,14.0,018375 𝑚. 3876. 350 − 220,5 𝑙𝑛 211 − 140 7080912,62

𝑧 = 3,44 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 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 𝑄 = (𝑚𝑎. ∆𝐻𝑣𝑎) + (𝑚𝑏. ∆𝐻𝑣𝑏) + (0,8. 𝑚𝑎. ∆𝐻𝑠𝑎) + 𝐹𝑐. 𝐶𝑝𝑐. (𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑜𝑢𝑡) (5) 𝑄 = 𝐹𝑠. 𝐶𝑝𝑠. (𝑇𝑠𝑖𝑛 − 𝑇𝑠𝑜𝑢𝑡) (6) (𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑠𝑜𝑢𝑡) − (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑠𝑖𝑛) 𝑄 = 𝑈𝑑. 𝐴. ( ) (𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑠𝑜𝑢𝑡) 𝑙𝑛 (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑠𝑖𝑛) 𝐴 = 𝜋. 𝑂𝐷𝑡𝑢𝑏𝑒. 𝑧. 𝑛𝑡𝑢𝑏𝑒 (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)


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


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

Dari Persamaan 5 didapatkan nilai : 𝑄 = 11,61

𝑚𝑜𝑙 𝐽 𝑚𝑜𝑙 𝐽 . 46088,75 + 0,8.20,86 . 2815,40 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝐽 + 144,21 . 29,65 . (211 − 105)𝐾 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛 𝑚𝑜𝑙. 𝐾 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑄 = 9894987,20 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛

Dari Persamaan 6 didapatkan nilai : 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑚 𝑇𝑠𝑖𝑛 = (140 + 273,15)𝐾 − 𝑘𝑔 𝐽 44,4 . 1988 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛 𝑘𝑔. 𝐾 9894987,20

𝑇𝑠𝑖𝑛 = 301,15 𝐾 = 28 C Dari Persamaan 7 maka didapatkan nilai : 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛 𝑧= (211 − 140) − (105 − 28) 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 94,34 𝑚2. 𝐾 . 2.3,14.0,018375 𝑚. 3876. 211 − 140 𝑙𝑛 105 − 28 9894987,2

𝑧 = 6,34 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 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 =

931,24 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

93,124

= 10 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

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 : 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝑚𝑏. ∆𝐻𝑠𝑏) (10) 𝑄 = 𝐹𝑠. 𝐶𝑝𝑠. (𝑇𝑠𝑖𝑛 − 𝑇𝑠𝑜𝑢𝑡) (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)


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


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)

Dari persamaan 10 didapatkan nilai : 𝑄 = 20027,09 𝑚𝑜𝑙. 2815,40

𝐽 𝑚𝑜𝑙

𝑄 = 56384331,36 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 Dari persamaan 11 didapatkan nilai : 𝑄𝑠 = 0,7161

𝑘𝑔 𝐽 . 1988 . (130 − 100)𝐾 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛 𝑘𝑔. 𝐾

𝑄𝑠 = 46986,967

𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛

Maka didapatkan waktu melting total adalah sebagai berikut : 𝑡=

56384331,36 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 = 1,99 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 46986,967 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛

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

= 3876

𝜌 padatan

= 1231 kg/m3

Volume padatan = 𝜌 padatan.m padatan = 1,18 m3 Volume ruang kosong tanpa padatan =

3,14 4

. 𝐼𝐷𝑠 2 . 𝑧 −

3,14 4

. 𝑂𝐷𝑡 2 . 𝑧. 𝑁𝑡𝑢𝑏𝑒

= 13,39 m3 Volume ruang kosong dengan padatan = 13,39-1,18 = 12,21m3 Volume padatan yang melekat disetiap tube =

12,21 3876

= 0,00030 𝑚3

Luas padatan tiap tube = 0,00030 m3/6,34 m = 4,8.10-5 m2 Diameter luar tube + tebal padatan = √4,8.10−5 .

3,14 4

+ 0,0183752 = 0,019 𝑚

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


𝑇𝑎𝑣𝑔 =

350 − 105 = 227,5 𝐶 = 441,5 𝐹 2

𝜇𝑢𝑎𝑝 = 0,0135 𝑐𝑝 = 0,0327

𝑙𝑏

dari figure 15 Kern

𝑓𝑡.ℎ𝑟

Persamaan 7.5 Kern 𝑑𝑒 =

4. (0,5. 𝑃𝑡. 0,86. 𝑃𝑡 − 0,5. 𝜋. 0,5. 𝜋. 𝑂𝐷𝑡𝑢𝑏𝑒

𝑂𝐷𝑡𝑢𝑏𝑒 2 ) 4 = 0,7094 𝑖𝑛 = 0,0591 𝑓𝑡

𝑚𝑖 27605,0 𝑊 0,454 0,454 𝐺𝑠 = = = 39,21 𝑎𝑠 𝐼𝐷𝑠. (𝑃𝑡 − 𝑂𝐷𝑡). 𝐵 39,21. (0,75 − 1). 144.1 ! 44. 𝑃𝑡 = 22780,4

𝑅𝑒 =

𝑙𝑏 𝑓𝑡 2 . ℎ𝑟

𝑑𝑒. 𝐺𝑠 = 41221 𝜇𝑢𝑎𝑝

𝑓 = 0,001

𝑓𝑡 2

figure 29 Kern

𝑖𝑛2

Jumalah cross = N+1 = 12.

𝑧𝑡𝑢𝑏𝑒 𝐵

=

12.32,09 39,21

= 9,82

BM uap = 29,64 𝜌 𝑢𝑎𝑝 = 0,0451 s=

𝜌𝑢𝑎𝑝 12

𝑙𝑏 𝑓𝑡 3

= 0,00072

𝐷𝑠 =

𝐼𝐷𝑠 39,21 = = 3,27 𝑓𝑡 12 12

∆𝑃 =

0,5. 𝑓. 𝐺𝑠 2 . 𝐷𝑠. (𝑁 + 1) = 3,74 𝑝𝑠𝑖 = 0,254 𝑎𝑡𝑚 5,22. 1010 . 𝑑𝑒. 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


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 c 2 f  E

(Persamaan 3.16, Brownell, hal. 45)

Tekanan dalam dinding dengan persamaan : p=

L H  1 144

(Persamaan 3.17, Brownell, hal. 46)

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  f  E

c

54   H  1 12 D  0, 07874 288  12650  0,80

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  2, 209.104  32,1  1 3, 26   0, 07874  0,121 in Digunakan tebal shell 0,1875 in :

L1 

3,14  78,74  0,1875  10  5 / 32   3, 42 ft 12  6

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 1 2 3 4 5 6

H (ft) 32,100 26,100 20,100 14,100 8,100 2,100

t (in) t standard (in) 0,121 0,1875 0,113 0,1875 0,105 0,1875 0,097 0,1875 0,088 0,1875 0,080 0,1875

D (in) L plate (ft) 78,740 3,420 78,740 3,420 78,740 3,420 78,740 3,420 78,740 3,420 78,740 3,420

A.5.2. Menghitung Diameter Pipa Pengisian dan Pengeluaran 

Pipa Pemasukan Gas

Jumlah gas masuk (G)

= 165629,9 kg/jam

Berat molekul campuran gas umpan 𝜌=

= 46,00 kg/s = 28,175 kg/kgmol

1,3 𝑎𝑡𝑚. 101,325 (28,175 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙) 𝑘𝑔 = 0,716 3 8,314. (350 + 273,15 𝐾) 𝑚

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

kg/sekon 𝜌 𝑐𝑎𝑖𝑟

= 1239,60 kg/m3

BM campuran gas keluar Switch Condenser

= 28,71 kg/kgmol

𝜌 𝑔𝑎𝑠 =

1,1.101,325(28,71) 𝑘𝑔 = 0,92 3 8,314. (105 + 273,15 𝐾) 𝑚

𝜌 𝑔𝑎𝑏𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑐𝑎𝑖𝑟 𝑑𝑎𝑛 𝑔𝑎𝑠

= 2,36 kg/m3

Untuk menghitung diameter optimal pipa saluran gas dipakai persamaan Coulson berikut: = 226 (G)0.50 ()-0.35

Dopt

= 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. Untuk menghitung T1 digunakan persamaan: 𝑇1 =

𝑆𝑢ℎ𝑢 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 + 𝑠𝑢ℎ𝑢 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 2

SC-16


𝑇1 =

(28 − 228)℃ 2

𝑇1 = 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 (Kis)

: 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 interpolasi sebagai berikut: 𝑇 − 200℃ 𝑘𝑠 − 16,3 = 600℃ − 200℃ 22 − 16,3 SC-17


1247 ℃ − 200 ℃ 𝑥(22 − 16,3) 600℃ − 200 ℃ 𝑊 𝑘𝑠 = 15,21 𝑚. 𝐾 𝑘𝑠 = 16,3 +

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: 𝑇3 + 𝑇𝑎 2 30℃ + 50℃ 𝑇𝐹 = 2 𝑇𝐹 =

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 𝑅𝑎 = dengan

𝑔. 𝛽. (𝑇3 − 𝑇𝑎 ). 𝐿3 𝑥𝑃𝑟 𝑣2

: g = percepatan gravitasi (9,8 m2/s) L= panjang pipa switch condenser (m)

9,8 𝑅𝑎 =

𝑚 𝑥10−3 1 𝑥 3,1949 𝑥 (323,15 − 303,15)𝐾𝑥(9,78 𝑚)3 𝐾 𝑠2 𝑥0,7051 (1,7 𝑥10−5 𝑚2 /𝑠)2

𝑅𝑎 = 2,02 𝑥1012

SC-18


Ra lebih besar dari 109, maka aliran udara adalah turbulen. Untuk menghitung koefisien transfer panas konveksi aliran turbulen digunakan persamaan (Holman, 1986): ℎ𝑐 = 0,1

ℎ𝑐 = 0,1

𝑊 0,0272 𝑚 𝐾 9,78 𝑚

ℎ𝑐 = 3,487

𝑘 (Gr. Pr)1/3 𝐿

(2,02 𝑥1012 )1/3

𝑊 𝑚2 𝐾

b. Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Radiasi (hr) Untuk menentukan koefisien perpindahan panas radiasi (hr) digunakan persamaan: ℎ𝑟. (𝑇3 − 𝑇𝑎 ) = ℰ. . (T3 4 − Ta 4 )

(Holman, 1986)

dengan: 

= Konstanta Boltzman

ℰ

= emisivitas dinding isolator

= 5,669.10-8W/m2K4

0,93 𝑥 5,669𝑥10−8 𝑥 ((323,15 𝐾)4 − (303,15 𝐾)4 ) ℎ𝑟 = (323,15 𝐾 − 303,15 𝐾) ℎ𝑟 = 6,4733

𝑊 𝑚2 𝐾

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.R3.L.(T3-Ta) q4 = (3,1327+6,4733) 2 . R3. L (323,15 K-303,15 K) q4 = 384,2416 . R3. L Nilai q3 dihitung dengan persamaan:

SC-19


𝑞3 =

𝑞3 =

2. 𝜋. 𝐿(𝑇2 − 𝑇3 ) 𝑅 ln(𝑅3 ) 2 𝑘𝑖𝑠

2(0,0883) 𝜋. 𝐿. (𝑇2 − 323,15) 𝑅3 ln(1 𝑚 )

Nilai q2 dihitung dengan persamaan: 𝑞2 =

2. 𝜋. 𝐿(𝑇1 − 𝑇2 ) 2. 𝜋. 𝐿(𝑇1 − 𝑇2 ) = 1,8492 𝑚 1,8492 𝑚 ln ( 𝑅 ) ln ( 1 𝑚 ) 1 𝑊 𝑘𝑠 15,21 𝑚 𝐾

𝑞2 = 7140,8271. 𝜋. 𝐿. (600,0657 𝐾 − 𝑇2 ) d. Menghitung Suhu Dinding Luar Shell (T2) Untuk menghitung nilai T2, terlebih dahulu nilai R3 di-trial sehingga nilai q4 dapat diketahui. Dari persamaan di atas diketahui bahwa nilai q4 = q2. q4 =q2 384,2416 . R3. L = 7140,8271. 𝜋. 𝐿. (600,0657 𝐾 − 𝑇2 ) 𝑇2 = 600,0657 − 0,0538𝑅3 e. Menghitung Nilai Jari-jari Switch Condenser Setelah Diisolasi (R3) Nilai R3 dapat dihitung dengan persamaan: q3 = q4 2(0,0883) 𝜋. 𝐿. (𝑇2 − 323,15) = 384,2416 . R3. L 𝑅3 ln( ) 1,569 𝑚 𝑇2 = 323,15 + 2175,7735 𝑅3 . ln (

𝑅3 ) 1,5690 𝑚

Dari hasil trial diperoleh: R3

= 1,1186 m

Tebal isolasi

= R3 - R2 = (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

-


: 28oC

-


: 211oC

Tahap melting -

Suhu awal padatan

: 105oC

-

Suhu keluar cairan

: 130oC

-

Suhu pemanas masuk

: 135oC

-

Suhu pemanas keluar

: 102oC

Dimensi 

:

:

Shell side

:

-


: Crude oil pendingin dan pemanas

-

Jumlah pass

:1

SC-21




-

Bahan


-

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

:

-


: 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


Pressure Drop

: 0,254 atm

Tebal isolasi

: 0,181 m

Jenis isolasi

: Diatomaceous Earth

Harga

: $ 616680

SC-22


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”, 2nd ed., Gulf Publishing Co., Houston, Texas.

162

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun Levenspiel, O., 1999, “Chemical Reaction Engineering”, 3ed., John Wiley & Sons, New York. Mc. Ketta, J.J. , 1988, “Encyclopedia of Chemical Processing and Design”, Marcell Dekker, New York. Perry, R.H. , 1984, “Perry’s Chemical Engineering Handbook”, 6th ed., Mc. Graw Hill Book Co., New York. Powell, S.T., 1954, “Water Condition for Industry”, McGraw Hill Book Co., New York Rase, H.F., 1977, “Chemical Reactor Design for Process Plant”, Vol.II, John Willey and Sons Inc., Canada. Severn, W.H. , 1959, et al., “Steam, Air and Gas Power”, 5th ed., John Willey and Sons Inc., New York. Shreve, R.N. , 1977, “Chemical Process Industries”, Mc. Graw Hill Book Co., New York. Smith, J.M., and H.C. Van Ness, 1996, “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”, 5th ed., Mc. Graw Hill Book Co., New York. Peters, M.S. and Timmerhaus, K.D., 1985, “Plant Design and Economic for Chemical Engineers”, 3ed., Mc Graw Hill Book Company, Tokyo. Treyball, R.E. 1980, “Mass Tranfer Operation”, Mc. Graw Hill Book Co., New York,. Ulrich, G.D. , 1984, “A Guide of Chemical Process Design and Economics”, John Willey and Sons Inc., New York. Walas, S.M. , 1959, “Reaction Kinetics for Chemical Engineers”, International Student edition, Mc. Graw Hill Book Co., Kogakusha Ltd., Tokyo. Yaws, C.L. . 1988, “Chemical Properties Handbook”, Mc. Graw Hill Book Co., Tokyo,.

163

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari O-Xylene dan Udara

Recommend Documents