LAPORAN TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK N-BUTIL AKRILAT DARI ASAM AKRILAT DAN N-BUTANOL PROSES ESTERIFIKASI KAPASITAS 40.

Transkripsi

1 digilib.uns.ac.id LAPORAN TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK N-BUTIL AKRILAT DARI ASAM AKRILAT DAN N-BUTANOL PROSES ESTERIFIKASI KAPASITAS TON/TAHUN Disusun Oleh : Margareta Novia Ekawati Nur Sulistiati I I JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011

2 digilib.uns.ac.id KATA PENGANTAR Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul Prarancangan Pabrik n-butil Akrilat dari Asam Akrilat dan n-butanol Proses Esterifikasi Kapasitas Ton / Tahun ini. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah. 2. Dr. Sunu Herwi Pranolo selaku Dosen Pembimbing I dan Fadilah S.T.,M.T. selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir. 3. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian. Surakarta, Juli 2011 Penulis

3 digilib.uns.ac.id DAFTAR TABEL Tabel I.1 Daftar pabrik n-butil akrilat yang telah berdiri... 3 Tabel I.2 Perbandingan beberapa proses produksi n-butil akrilat... 8 Tabel II.1 Neraca Massa pada Reactive Distillation (RD-01) Tabel II.2 Neraca Massa pada Dekanter (DC-01) Tabel II.3 Neraca Massa Total Tabel II.4 Neraca Panas pada Reactive Distillation (RD-01) Tabel II.5 Neraca Panas Dekanter (DC-01) Tabel II.6 Neraca Panas Total Tabel III.1 Spesifikasi Reaktor Tabel III.2 Spesifikasi Decanter Tabel III.3 Spesifikasi Tangki Tabel III.4 Spesifikasi Condenser Tabel III.5 Spesifikasi Reboiler Tabel III.6 Spesifikasi Heat Exchanger Tabel III.7 Spesifikasi Pompa Tabel IV.1 Kebutuhan listrik untuk keperluan proses dan utilitas Tabel IV.2 Jumlah Lumen berdasarkan luas bangunan Tabel V.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift Tabel V.2 Jumlah Karyawan menurut Jabatan Tabel V.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan Tabel VI.1 Indeks Harga Alat Tabel VI.2 Fixed Capital Invesment commit... to user 70 vi

4 digilib.uns.ac.id Tabel VI.3 Working Capital Invesment Tabel VI.4 Direct Manufacturing Cost Tabel VI.5 Indirect Manufacturing Cost Tabel VI.6 Fixed Manufacturing Cost Tabel VI.7 General Expense Tabel VI.8 Analisa Kelayakan vii

5 digilib.uns.ac.id DAFTAR GAMBAR Gambar I.1 Data Impor n-butil Akrilat di Indonesia... 2 Gambar I.2 Peta Kota Cilegon... 5 Gambar II.1 Diagram Alir Kualitatif Gambar II.2 Diagram Alir Kuantitatif Gambar II.3 Diagram Alir Proses Gambar II.4 Tata Letak Pabrik n-butil Akrilat Gambar II.5 Tata Letak Peralatan Proses Gambar IV.1 Skema Pengolahan Air Laut Gambar IV.2 Skema Pengolahan Air KTI Gambar IV.3 Skema Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) Gambar V.1 Struktur Organisasi Pabrik n-butil Akrilat Gambar VI.1 Chemical Engineering Cost Index Gambar VI.2 Grafik Analisa Kelayakan viii

6 digilib.uns.ac.id DAFTAR ISI Hal Halaman Judul... i Lembar Pengesahan... ii Kata Pengantar... iii Daftar Isi... iv Daftar Tabel... vi Daftar Gambar... viii Daftar Simbol... ix Intisari... xi BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang... 1 I.2 Kapasitas Perancangan... 2 I.3 Pemilihan Lokasi Pabrik... 4 I.4 Tinjauan Pustaka... 5 BAB II DESKRIPSI PROSES II.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk II.2 Konsep Proses II.3 Tahapan Proses II.4 Neraca Massa dan Neraca Panas II.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM IV.1 Unit Pendukung Proses IV.2 Laboratorium IV.3 Unit Pengolahan Limbah BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN V.1 Bentuk Perusahaan V.2 Struktur Organisasi V.3 Tugas dan Wewenang V.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan iv

7 digilib.uns.ac.id V.5 Status Karyawan dan Sistem Upah V.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji V.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan BAB VI ANALISA EKONOMI VI.1 Penaksiran Harga Peralatan VI.2 Dasar Perhitungan VI.3 Hasil Perhitungan VI.4 Keuntungan Produksi DAFTAR PUSTAKA Lampiran A Data-Data Sifat Fisis Lampiran B Tinjauan Termodinamika Lampiran C Neraca Massa Lampiran D Neraca Panas Lampiran E Perancangan Reactive Distillation v

8 digilib.uns.ac.id BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik Perkembangan industri sebagai bagian usaha pembangunan ekonomi jangka panjang diarahkan sebagai pembentuk struktur ekonomi yang lebih kokoh dan seimbang. Seiring dengan perkembangan industri tersebut, terjadi pula peningkatan kebutuhan bahan baku dan bahan pembantu. Dengan perkembangan peradaban manusia, dunia industri khususnya industri kimia dituntut lebih meningkatkan teknologinya, baik dengan penemuanpenemuan baru maupun pengembangan teknologi sebelumnya. Di Indonesia, industri kimia kini mulai berkembang dan merupakan salah satu tulang punggung pendorong pertumbuhan industri-industri lainnya, misalnya industri polimer. Perkembangan industri sangat pesat mengingat kebutuhan bahan-bahan berbasis polimer diperlukan baik bagi rumah tangga maupun industri. Salah satu bahan dasar pembuatan produk polimer adalah ester akrilat misalnya, n-butil akrilat. Selama ini, dilakukan impor guna memenuhi kebutuhan n-butil akrilat di Indonesia. Selain pertimbangan tersebut, pendirian pabrik ini dapat menciptakan lapangan kerja baru sehingga mampu mengurangi jumlah pengangguran, memacu pertumbuhan industri-industri baru baik industri penghasil bahan baku bagi n-butil akrilat, seperti asam akrilat dan n-butanol, maupun industri-industri pengguna n-butil akrilat sebagai bahan bakunya terutama industri polimer, mengurangi ketergantungan pada negara asing dan 1

9 digilib.uns.ac.id 2 meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta menghemat devisa negara. I.2 Kapasitas Rancangan Kapasitas produksi pabrik berpengaruh pada perhitungan teknis maupun ekonomis, tetapi terdapat faktor-faktor lain menentukan produksi, yaitu: kebutuhan pasar, kapasitas minimum pabrik, dan ketersediaan bahan baku. Berdasarkan data statistik, kebutuhan n-butil akrilat di Indonesia mengalami fluktuasi. Kebutuhan n-butil akrilat, diimpor setiap tahun dari tahun 1999 sampai tahun 2009 dapat dilihat pada Gambar I jumlah impor (ton) y = 4576e 0,174x R² = 0, tahun Gambar I.1 Data Impor n-butil Akrilat di Indonesia Bila dilakukan pendekatan eksponensial, akan diperoleh persamaan: y = 4576 e 0,174x R² = 0,928

10 digilib.uns.ac.id 3 Jadi pada tahun 2015 diperkirakan Indonesia membutuhkan n-butil akrilat sebesar 88131,08 ton/tahun. Kapasitas pabrik harus didirikan di atas kapasitas minimum atau minimal sama dengan pabrik yang sudah ada. Hal tersebut dikarenakan pabrik yang telah didirikan tentunya telah memiliki analisis ekonomi mengenai kapasitas yang sesuai dan memberikan keuntungan. Pertimbangan kapasitas dari beberapa pabrik yang sudah berdiri dapat dilihat pada Tabel I.1. Tabel.I.1 Daftar pabrik n-butil akrilat yang telah berdiri Kapasitas Pabrik Lokasi Proses (ton/tahun) Tianjin WHZW Chemmicals Co.,Ltd Cina Esterifikasi Beijing East Guangming Chemmicals Esterifikasi Cina Co.,Ltd PT. Nippon Shokubai Indonesia Esterifikasi (httpbkpmd.banten.go) Dari Tabel I.1 diketahui bahwa kapasitas minimum pabrik n-butil akrilat yang sudah berdiri adalah ton/tahun dan berlokasi di Cina. Kapasitas maksimum pabrik n-butil akrilat yang telah berdiri adalah ton/tahun dan berlokasi di Indonesia. Ketersediaan bahan baku perlu diperhatikan guna menjamin kontinuitas produksi suatu pabrik. Bahan baku pembuatan n-butil akrilat adalah asam akrilat dan n-butanol. Bahan baku asam akrilat diperoleh dari PT. Nippon Shokubai, Cilegon berkapasitas produksi ton/tahun dan n-butanol diperoleh dari PT. Oxo Nusantara berkapasitas produksi ton/tahun.

11 digilib.uns.ac.id 4 Dengan mempertimbangkan faktor-faktor pemilihan kapasitas pabrik di atas, maka ditetapakan kapasitas pabrik n-butil akrilat ton/tahun guna memenuhi kebutuhan dalam negeri. I.3 Pemilihan Lokasi Pabrik Pabrik n-butil akrilat akan didirikan di Kawasan Industri Cilegon, Banten dengan pertimbangan kedekatan dengan sumber bahan baku asam akrilat diperoleh dari PT. Nippon Shokubai, Cilegon. Kawasan Industri Cilegon memiliki sarana dan prasarana baik. Sarana transportasi, kedekatan dengan pelabuhan penyeberangan Merak (jarak 12 km). Sarana sarana pendukung seperti ketersediaan air dapat langsung mengambil dari air laut, pengadaan listrik diambil dari PLN setempat dan generator sebagai cadangan, kebutuhan bahan bakar dapat diperoleh dari PT. Pertamina (Persero). Pemilihan Kawasan Industri Cilegon sebagai lokasi pabrik juga didasarkan pada kedekatannya dengan pasar, diantaranya PT. Warna Agung dan PT. Chugoku Paints di Tangerang. Selain faktor di atas, pemilihan Cilegon karena memiliki kemudahan-kemudahan dalam perizinan, pajak dan lain-lain yang menyangkut teknis pelaksanaan pendirian suatu pabrik dan tersedianya fasilitas umum. Dari beberapa keunggulan di atas maka Cilegon dirasa tepat untuk lokasi pendirian pabrik n-butil akrilat. Buangan air pendingin dari air laut dialirkan kembali ke laut tanpa pengolahan terlebih dahulu. Limbah cair yang mengandung larutan kimia diolah terlebih dahulu di Waste Water Treatment sebelum dialirkan ke laut.

12 digilib.uns.ac.id 5 Gambar I.2 Peta Kota Cilegon I.4 Tinjauan Pustaka Ester dihasilkan apabila asam karboksilat dipanaskan bersama alkohol dengan bantuan katalis (persamaan I.1). Reaksi esterifikasi berlangsung lambat dan dapat balik (reversibel). (I.1)

13 digilib.uns.ac.id 6 I.4.1. Macam macam Proses Pembuatan n-butil Akrilat Beberapa proses pembuatan n-butil akrilat, yatu: 1. Proses Reppe Menggunakan bahan baku asetilen, bahan ini direaksikan dengan CO dan senyawa alkohol dalam suasana asam. Reaksi berlangsung pada suhu 40 C dan tekanan atmosferik dengan rasio mol asetilen : carbon monoksida = 1 : 1,1 (persamaan I.2). 4C 2 H R-OH + Ni(CO) 4 + 2HCl 4CH 2 = CHCOOR + H 2 + NiCl 2 (I.2) Proses ini ditinggalkan karena kesulitan dalam penanganan toxic dan mahalnya nikel karbonil (Kirk and Othmer, 1991). 2. Proses Etilen Sianohidrin Etilen sianohidrin dibuat terlebih dahulu dari etilen oksida dan HCN kemudian dihidrolisa menjadi asam akrilat dengan hasil samping amonium sulfat. Produk ini selanjutnya direaksikan dengan alkohol membentuk ester akrilat. Proses ini tidak digunakan lagi karena timbul masalah dalam penanganan HCN dan limbah Amonium sulfat (Kirk and Othmer, 1991). 3. Proses Goodrich (Ketene Process) Pada proses ini digunakan bahan baku ketene kemudian direaksikan dengan formaldehid membentuk β-propialaktone, senyawa ini kemudian direaksikan dengan alkohol membentuk ester akrilat. Proses ini tidak begitu lama digunakan karena melalui beberapa tahapan reaksi dan hasil β-propialaktone merupakan bahan beracun (Mc. Ketta, 1977).

14 digilib.uns.ac.id 7 4. Proses Esterifikasi Asam akrilat dengan Reactive Distillation Proses pembuatan ester (persamaan I.3) dapat dilakukan dengan menggunakan Reactive Distillation. CH 2 = CHCOOH + C 4 H 9 OH CH 2 = CHCOOC 4 H 9 + H 2 O (I.3) Reactive Distillation merupakan suatu alat yang menggabungkan antara proses reaksi kimia dan proses distilasi ke dalam satu unit proses. Dalam beberapa penggunaan khusus dibanyak khasus, ketika kesetimbangan reaksi termodinamika dapat membatasi perolehan konversi. Reactive Distillation didisain sedemikian rupa sehingga produk reaksi meninggalkan zona reaksi akan langsung dipisahkan, dengan demikian dapat meningkatkan konversi secara signifikan. Penggabungan antara proses reaksi dan distilasi tersebut menghasilkan suatu bentuk penyederhanaan proses yang intensif, selain itu dapat menghasilkan sedikit arus recycle serta berkurangnya kebutuhan untuk pengolahan limbah sehingga dapat mengurangi biaya operasi dan investasi. Digunakan katalis resin aktif yang mempunyai ion H + dalam aplikasi Reactive Distillation. Ion ini berperan dalam mempercepat reaksi esterifikasi sebagai contoh adalah amberlyst-15 dry. Proses dijalankan pada suhu antara 90 o C o C, didapatkan konversi maksimal 97% (I-Lung, 2004). Dari keempat proses pembuatan n-butil akrilat yang telah diuraikan di atas, dipilih proses pembuatan n-butil akrilat proses esterifikasi asam akrilat dengan Reactive Distillation dengan pertimbangan konversi tinggi, prosesnya ramah lingkungan, tidak menimbulkan racun, bahan baku relatif mudah diperoleh, hanya satu tahapan reaksi yaitu estrifikasi, tidak diperlukan unit pemisahan

15 digilib.uns.ac.id 8 katalis, serta mengurangi arus recycle karena hanya ada satu arus recycle yaitu refluk dari decanter Tabel I.2 Perbandingan beberapa proses produksi n-butil akrilat Proses Reppe Etilen Sianohidrin Bahan baku Asetilen Etilen oksida n-butanol HCN Nikel Karbonil Asam Sulfat Asam Klorida Alkohol Goodrich (Ketene) Asam akrilat Formaldehid Alkohol Esterifikasi Asam akrilat n-butanol Kondisi proses 40 O C, 1 atm O C, 1 atm Perbandingan Asetilen : karbon reaktan monoksida = 1,1: Asam akrilat : n-butanol= 1 : 1,16 Reaksi Reactor Tangki berpengaduk - - Reactive Distillation Katalis Yield % - Konversi ,5% Produk utama n-butil Akrilat Produk samping Kelemahan Hidrogen Ni-Klorid Kesulitan dalam penanganan toxic Mahalnya Nikel karbonil - Ammonium acid sulfate Melalui banyak tahapan reaksi Produk antara propialaktone bersifat racun Timbul masalah dalam penanganan HCN dan limbah NH 4 HSO 4 Kelebihan Tidak menimbulkan racun - - I.4.2 Kegunaan Produk Normal butil akrilat monomer dipakai sebagai chemical intermediete pada produksi resin polimer (emulsion polymers). Senyawa n-butil akrilat juga digunakan sebagai penghasil homopolimer dan kopolimer bersama monomermonomer lain misalnya asam akrilat dan garamnya, amida dan ester methakrilat, akrilonitril, asam maleat, vinil asetat, vinil klorida, stirena, butadiena, unsaturated polyester dan drying oil. Polimer dan kopolimer ini digunakan dalam berbagai macam produk misalnya zat-zat pendispersi atau pelarut (ECETOC, 1994).

16 digilib.uns.ac.id 9 Normal butil akrilat digunakan pula dalam industri pelapisan dan tinta, bahan perekat, seal, tekstil, plastik, dan elastomer. Aplikasinya dalam industri pelapisan antara lain pembentukan lateks, pendispersi terhadap air, dan dipakai pada pabrik peralatan otomotif original, serta dalam refinishing material sebagai bahan perekat. n-butil akrilat digunakan dalam industri-industri tekstil dan konstruksi. Produk-produk industri tekstil mengandung n-butil akrilat antara lain fiber, warp sizings, thickener, dan back coat formulation (adhesives). Dalam industri plastik, n-butil akrilat merupakan bahan dasar bagi beberapa modifikasi PVC dan molding atau extrusion additives (BAMM, 1993). I.4.3. Sifat sifat Fisis dan Kimia Sifat sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku a. Asam Akrilat Sifat fisika: Rumus kimia Berat molekul Titik leleh Titik didih Temperatur kritis : C 2 H 3 COOH : 72,0634 gr/mol : 13 o C : 141 o C : 380 o C Densitas pada 25 o C : 0,8623 kg/m 3 Viskositas pada 25 o C : 1,149 mpa.s Panas penguapan pada 101,3 kpa : 45,6 kj/mol Kelarutan : Larut sempurna dalam air (Perry, 1984)

17 digilib.uns.ac.id 10 Sifat kimia: Reaksi esterifikasi Reaksi esterifikasi terjadi jika asam akrilat direaksikan dengan suatu alkohol membentuk ester dari asam akrilat dan air (persamaan I.4). CH 2 =CHCOOH + ROH CH 2 =CHCOOR + H 2 O (I.4) Reaksi Adisi Reaksi adisi terjadi jika asam akrilat diadisi dengan halogen, hidrogen, dan hidrogen sianida (persamaan I.5). CH 2 =CHCOOH + HX H 2 CX-CHCOOH (I.5) (Kirk and Othmer, 1991) b. n-butanol Sifat fisika: Rumus kimia Berat molekul Titik leleh Titik didih : C 4 H 9 OH : 4,1224 gr/mol : -79,9 o C : 117 o C Densitas : 810,5 kg/m 3 Kelarutan dalam air pada 25 o C : ppm berat (Perry, 1984) Sifat kimia: Reaksi esterifikasi Reaksi esterifikasi antara n-butanol dengan asam organik akan membentuk ester dan air (persamaan I.6). CH 2 =CHCOOH + ROH CH 2 =CHCOOR + H 2 O (I.6)

18 digilib.uns.ac.id 11 Reaksi subsitusi Reaksi substitusi antara n-butanol dengan HCl dengan bantuan katalis ZnCl 2 menghasilkan Butil klorida (persamaan I.7). C 4 H 9 OH + HCl C 4 H 9 Cl + H 2 O (I.7) (Fessenden & Fessenden, 1986) c. Katalis Amberlyst 15 dry - Bentuk : padatan - Bentuk ion : H + - Densitas : 610 g / liter - Konsentrasi : 4,7 eq/kg - Surface area : 53 m 2 /g - Ukuran : 0,3 0,425 mm - Diameter pori, Amstrong : Total pori : 0,4 cc / g (Rhom and Haas Company) Sifat sifat Fisis dan Kimia Produk a. n-butil Akrilat Sifat fisika: Rumus kimia : C 2 H 3 COOC 4 H 9 Berat molekul Titik leleh Titik didih : 128,1706 gr/mol : -64 o C : 147 o C

19 digilib.uns.ac.id 12 Densitas : 810,5 kg/m 3 Kelarutan dalam air pada 25 o C : 1600 ppm berat ( Sifat kimia: R -CH 2 -CH + CH 2 -CH R -CH 2 CH-CH 2 -CH (I.8) COOR COOR COOR COOR (Kirk and Othmer, 1991) b. Air Sifat fisika: Rumus kimia : H 2 O Berat molekul : 18,015 gr/mol Titik leleh Titik didih : 0 o C : 100 o C Densitas : 1000 kg/m 3 (Yaws,1999) Sifat kimia: - Pelarut kimia yang baik (paling sering digunakan) - Merupakan reagen penghidrolisa pada reaksi hidrolisa - Memiliki sifat netral (ph = 7) (Faith Keyes, 1957)

20 digilib.uns.ac.id BAB II DISKRIPSI PROSES II.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Spesifikasi Bahan Baku A. Asam Akrilat Rumus molekul : C 2 H 3 COOH Titik didih : 140,51 Titik leleh : 113,34 Wujud Kemurnian : cair : 99,7% berat Densitas : 1,047 1,051 Berat molekul : 72,06 gr/mol (PT Nippon Shokubai) B. Normal Butanol Rumus kimia : C 4 H 9 OH Titik didih : 117,30 Titik leleh : -87,49 Wujud Kemurnian Berat molekul : cair : 95,5% berat : 74,12 gr/mol (PT. Petro Oxo Nusantara) 13

21 digilib.uns.ac.id 14 Spesifikasi Produk A. Normal Butil Akrilat Rumus kimia : C 2 H 3 COOC 4 H 9 Titik didih : 147,31 Titik leleh : -63,31 Berat molekul : 128,1706 gr/mol Kemurnian : n-butil Akrilat = 99,5% n-butanol = 0,39% Air = 0,1% Asam Akrilat = 0,01% ( I-Lung, 2004) II.2 Konsep Proses Pembuatan n-butil akrilat dilakukan dengan pereaksian antara asam akrilat dan n-butanol pada kondisi cair jenuh (Persamaan (II.1)) di reaktor berupa kolom Reactive Distillation. Alat ini berfungsi sebagai menara pemisah antara produk utama dan produk samping. Reaktor ini dipilih karena hemat energi, mengurangi arus recycle, kebutuhan alat tambahan sedikit dan konversi besar. Reaksi berlangsung pada suhu 90 o C 150 o C dan tekanan 1 atm dengan bantuan katalis amberlyst 15 dry.

22 digilib.uns.ac.id 15 Di dalam Reactive Distillation (RD) terjadi reaksi, dilanjutkan dengan pemisahan. C 4 H 9 (OH) + H 2 C=CHCOOH H 2 C=CHCOO(CH 2 ) 3 CH 3 + H 2 O..(II.1) Konversi produk mencapai 97%. Normal butil akrilat dikeluarkan sebagai hasil bawah dengan kemurnian 99,5%. Sisa hasil reaktan dan produk samping berupa air dikeluarkan sebagai hasil atas dan dikembalikan sebagian sebagai refluks sedangkan sisanya sebagai limbah dengan persentase air 85% berat. Perbandingan mol umpan n-butanol dan asam akrilat sebesar 1:1,16 agar dihasilkan konversi terbesar (I-Lung,2004). Tinjauan Termodinamika Kebutuhan panas reaksi dihitung atas dasar panas pembentukan standar ( Hf 0 ) masing-masing senyawa terlibat pada suhu 90 o C C dan tekanan 1 atm. Hasil perhitungan (Lampiran B) menunjukkan bahwa reaksi pembentukan n-butil akrilat ini menghasilkan panas reaksi sebesar ,879 kj/jam (reaksi eksotermis). Konversi kesetimbangan reaksi ini sebesar 1,9 (lihat Lampiran B), jadi reaksi ini bersifat searah (irreversible). Tinjauan Kinetika r = 8, exp,..,,. (II.2) ln ka = - 8, ,05743 T 6, T 2 + 3, T 3 (II.3)

23 digilib.uns.ac.id 16 dengan: r = kecepatan reaksi ( kmol /m 3.s ) α = konsentrasi komponen ( kmol ) T = suhu ( K ) ( I- Lung, 2004 ) Langkah Proses Asam akrilat dan n-butanol sebagai bahan baku diangkut dengan truk tangki menuju pabrik dan disimpan di tangki penyimpan masing-masing pada suhu dan tekanan lingkungan. Ketika akan dipergunakan sebagai umpan reaktor, kedua bahan dipanaskan terlebih dahulu sampai suhu 118 C dan dijaga tekanannya 1 atm. Setelah dicampur dengan arus recycle dari dekanter kemudian diumpankan ke dalam Reactive Distillation (RD). Reaksi terjadi di dalam RD berfase cair-cair dan beroperasi pada temperatur 90 o C -150 o C, tekanan 1 atm. Reaksi berlangsung secara eksotermis dengan reaksi sebagai berikut: C 4 H 9 (OH) + H 2 C=CHCOOH H 2 C=CHCOO(CH 2 ) 3 CH 3 + H 2 O Tempat terjadinya reaksi adalah dibagian tengah menara RD, yaitu pada plate ke-7, diantara seksi Enriching dan Stripping. Panas hasil reaksi dimanfaatkan langsung untuk penguapan air terbentuk. Air teruapkan juga mengandung sisa reaktan tak bereaksi yaitu n- butanol dan asam akrilat. Karena antara air, n-butanol dan n-butil

24 digilib.uns.ac.id 17 akrilat terdapat titik azeotrop, maka konversi hanya 97%, karena proses pemisahan tidak berlangsung sempurna. Sedangkan karena titik didih produk utama relatif tinggi maka n-butil akrilat akan turun ke bawah menuju reboiler. Produk hasil bawah RD mempunyai kemurnian 99,5% dan masih mengandung beberapa pengotor yaitu sisa reaktan dan air. Air dan sisa reaktan sebagai hasil atas RD, kemudian diembunkan oleh kondenser, selanjutnya masuk ke dekanter untuk pemurnian lebih lanjut. Di dalam dekanter, terjadi pemisahan antara air sebagai hasil samping dengan sisa reaktan sebagai refluks RD. Produk utama keluar dari reboiler RD langsung didinginkan sampai suhu 35 kemudian ditampung ke tangki penyimpanan dan tidak perlu dimurnikan lagi karena sudah memenuhi spek di pasaran yaitu dengan kemurnian 99,5%.

25 digilib.uns.ac.id 18

26 digilib.uns.ac.id 19

27 digilib.uns.ac.id 20

28 digilib.uns.ac.id 21 II.3 Tahapan Proses Proses pembuatan n-butil akrilat dari asam akrilat dan n-butanol dibagi menjadi empat tahap (berdasarkan Gambar II.1), yaitu: II.3.1 Tahap Penyimpanan Bahan Baku Bahan baku asam akrilat (C 2 H 3 COOH) dan n-butanol (C 4 H 9 OH) disimpan pada fase cair dengan suhu 30 0 C dan tekanan 1 atm dalam tangki penyimpanan (T-01) dan (T-02). Bahan baku asam akrilat (C 2 H 3 COOH) diperoleh di pasaran dengan kemurnian 99,7% berat, sedangkan n-butanol (C 4 H 9 OH) diperoleh dengan kemurnian 99,95% berat. II.3.2 Tahap Penyiapan Bahan Baku Bahan baku asam akrilat berfase cair pada suhu 30 o C dan tekanan 1 atm dipompa oleh pompa (P-01) dari tangki penampungan asam akrilat (T-01) menuju ke (HE-01) untuk pemanasan hingga suhu 118 o C sebelum diumpankan ke Reactive Distillation (RD-01). Demikian pula bahan baku n-butanol berfase cair pada suhu 30 o C dan tekanan 1 atm dipompa oleh pompa (P-02) dari tangki penampungan n-butanol (T-02) menuju ke (HE-02) untuk pemanasan hingga suhu 118 o C sebelum diumpankan ke Reactive Distillation (RD-01). II.3.3 Tahap Pembentukan Produk Reaksi di reaktor : C 4 H 9 (OH) + H 2 C=CHCOOH H 2 C=CHCOO(CH 2 ) 3 CH 3 + H 2 O

29 digilib.uns.ac.id 22 Bahan baku siap olah dimasukkan ke Reactive Distillation (RD-01) pada plate reaksi yaitu plate ke-7. RD-01 beroperasi secara nonisothermal dan adiabatik pada suhu 90 o C -150 o C dan tekanan 1 atm. Di dalam reaktor terjadi reaksi pembentukan n-butil akrilat dan air. Asam akrilat bereaksi sebesar 97% dari asam akrilat umpan reaktor. Reaksi pembentukan n-butil akrilat merupakan reaksi eksotermis, sehingga akan melepaskan panas untuk penguapan senyawa hasil samping reaksi ini yaitu air (H 2 O). II.3.4 Tahap Pemurnian Produk Di dalam (RD-01), hasil reaksi kemudian langsung dimurnikan dengan beracuan pada perbedaan titik didih masing-masing komponen. Produk hasil samping yaitu air diuapkan dengan menggunakan panas dari reboiler (RB-01) dan panas hasil reaksi. Air akan dibuang melalui hasil atas RD-01 setelah terlebih dahulu didinginkan oleh condenser (CD-01) dan dimurnikan di dekanter (DC-01) dengan kondisi operasi 40 o C dan tekanan 1 atm. Sedangkan sisa reaktan dan produk utama (n-butil akrilat) terikut, akan dipompa kembali ke RD-01 dengan pompa (P-03) sebagai refluks setelah sebelumnya dipanaskan oleh HE-03 hingga suhu 107 o C. Normal butil akrilat sebagai produk utama akan didapatkan sebagai hasil bawah RD-01 karena titik didihnya tinggi. Setelah didinginkan di HE-04 hingga suhu 35 o C, n-butil akrilat akan dipompa ke tangki penampungan produk (T-03) dengan kondisi operasi 35 o C, tekanan 1 atm.

30 digilib.uns.ac.id 23 II.4 Neraca Massa dan Neraca Panas Produk Kapasitas Satu tahun produksi : Normal Butil Akrilat 99,5% berat : ton/tahun : 330 hari Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam II.4.1 Neraca Massa Basis perhitungan : 1 jam operasi Satuan : kg/jam Tabel II.1 Neraca Massa pada Reactive Distillation (RD-01) Input Output Komponen Arus 1 Arus 2 Arus 4 Arus3 Arus 6 H 2 O 8,77 17,47 11,36 741,58 2,53 BuOH ,73 512,47 547,88 22,48 AA 2912,16-1,36 87,15 0,25 BA ,91 187, ,25 Total 6614, ,23 Tabel II.2 Neraca Massa pada Dekanter (DC-01) Komponen Input Output Arus 3 Arus 4 Arus 5 H 2 O 741,58 11,36 730,22 BuOH 547,88 512,47 35,40 AA 87,15 1,36 85,80 BA 187,12 185,91 1,21 Total 1563, ,73 Tabel II.3 Neraca Massa Total Input Output Komponen Arus 1 Arus 2 Arus 5 Arus 6 H2O 8,77 17,47 730,22 2,53 BuOH ,73 35,40 22,48 AA 2912,16-85,80 0,25 BA - - 1, ,25 Total 5903, ,13

31 digilib.uns.ac.id 24 II.4.2 Neraca Panas Basis perhitungan Satuan : 1 jam operasi : kj/jam Tabel II.4 Neraca Panas Reactive Distillation (RD-01) Arus Input Output Q arus ,10 - Q arus ,26 - Q arus ,19 Q arus ,09 Q kondenser ,73 Q reboiler ,65 - Total , ,00 Tabel II.5 Neraca Panas Dekanter (DC-01) Arus Input Output Q arus ,11 - Q arus ,92 Q arus ,19 Total 77682, ,11 Tabel II.6 Neraca Panas Total Arus Input Output Q AA masuk 79126,41 - Q BuOH masuk 31495,04 - Q pemanas HE ,70 - Q pemanas HE ,22 - Q pemanas HE ,62 - Q pendingin HE ,72 Q pemanas reboiler ,65 - Q pendingin condenser ,73 Q produk hasil atas ,19 Q produk hasil bawah ,36 Total , ,62

32 digilib.uns.ac.id 25 II.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses II.5.1 Lay Out Pabrik Lay out pabrik merupakan suatu pengaturan optimal dari seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak sangat penting guna mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja dari para karyawan serta keselamatan proses. Tata letak pabrik n-butil akrilat dapat dilihat pada Gambar II.4. Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu daerah: administrasi, proses, penyimpanan, gudang, bengkel dan garasi serta daerah utilitas. Daerah administrasi merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik pengatur kelancaran operasi. Selain kantor, daerah administrasi juga mencakup laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan baku serta produk. Daerah proses merupakan daerah peletakan alat proses. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk merupakan daerah tempat bahan baku dan produk disimpan selama 1 bulan. Daerah gudang, bengkel dan garasi merupakan daerah penampung bahan baku pabrik dan keperluan perawatan peralatan proses. Daerah utilitas merupakan daerah penyediaan bahan pendukung proses.

33 digilib.uns.ac.id 26 Gambar II.4 Tata Letak Pabrik n-butil Akrilat II.5.2 Lay Out Peralatan Proses Lay out peralatan proses adalah tempat peletakan alat-alat proses produksi. Tata letak peralatan proses pada prarancangan pabrik ini dapat dilihat pada Gambar II.5. Beberapa pertimbangan dalam penentuan lay out peralatan proses pabrik n-butil akrilat, antara lain: pengaturan aliran udara di dalam dan di sekitar peralatan proses agar tidak terjadi akumulasi bahan

34 digilib.uns.ac.id 27 kimia berbahaya, penerangan tambahan di tempat-tempat dengan proses berbahaya atau beresiko tinggi, pengaturan jalur lintas manusia agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah, penempatan alat-alat proses semaksimal mungkin sehingga menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik, penempatan alat proses bersuhu dan bertekanan operasi tinggi dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan. (Vilbrandt,1959) Gambar II.5 Tata Letak Peralatan Proses

35 digilib.uns.ac.id BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES III.1 Reaktor Reaktor yang digunakan berupa Reactive Distillation dengan tipe Tray Tower karena mudah dibersihkan dan mudah mempertahankan kondisi operasi dengan mengatur pendinginan di kondenser dan pemanasan di reboiler. Tabel III.1 Spesifikasi Reaktor Kode RD-01 Fungsi Mereaksikan asam akrilat dengan n-butanol menjadi n-butil akrilat Tipe Tray Tower Jumlah plate 36 Plate umpan Di antara plate 6 dan 7 Kondisi operasi - Tekanan 1 atm - Suhu umpan 118 o C - Suhu Bottom 145,2 o C - Suhu Top 107,2 o C Dimensi menara - Diameter 2,180 m - Tray spacing 0,45 m - Tebal shell 0,5625 in = 0,014 m Bahan konstruksi Stainless Stell SA 167 Type 316 Bentuk head Torispherical dished head Tebal head 0,1875 in = 0,005 m Panjang head 0,438 m Tinggi menara 45,339 m 28

36 digilib.uns.ac.id 29 III.2 Decanter Decanter berfungsi sebagai pemisah antara n-butanol, asam akrilat dan n- butil akrilat dengan air. Decanter dipilih tangki horizontal guna mengatasi tekanan hidrostatik agar tekanannya tidak terlalu besar. Kode Fungsi Tipe Tabel III.2 Spesifikasi Decanter DC-01 Memisahkan n-butanol, asam akrilat dan n-butil akrilat dengan air Tangki horizontal Kondisi operasi - Tekanan - Suhu 1 atm 40 o C Spesifikasi decanter - Diameter - Tebal - Panjang - Material Bentuk head Tebal head Panjang head Panjang total 0,75 m 3/16 in = 0,005 m 2,257 m stainless steel SA 167 type 316 Torispherical dished head 3/16 in = 0,005 m 0,172 m 2,600 m

37 digilib.uns.ac.id 30 III.3 Tangki Tangki berfungsi sebagai penyimpan bahan maupun produk, terdiri dari 2 buah tangki silinder tegak dengan flat bottom dengan conical roof. Pemilihan tangki ini mampu menampung kapasitas yang lebih besar dengan konstruksi sederhana sehingga lebih ekonomis, serta conical roof sesuai untuk kondisi atmosferis. Tabel III.3 Spesifikasi Tangki Kode T-01 T-02 T-03 Fungsi Menyimpan bahan Tipe Material baku C 2 H 3 COOH Menyimpan baku C 4 H 9 OH bahan Silinder vertikal dengan flat bottom dan conical roof plate Stainless Stell SA 167 Type 316 plate steel SA 283 grade C Jumlah Kondisi operasi - Tekanan - Suhu 1 atm 30 o C 1 atm 30 o C Menyimpan C 2 H 3 COOC 4 H 9 produk plate Stainless Stell SA 167 Type atm 30 o C Kapasitas 2427,15 m ,41 m ,47 m 3 Dimensi - Diameter - Tinggi total - Tebal silinder Course 1 Course 2 Course 3 Course 4 Course 5 Tebal head 15,24 m 7,32 m 2/3 in = 0,018 m 5/8 in = 0,016 m 4/7 in = 0,014 m 1/2 in = 0,013 m - 3/8 in = 0,001 m 18,29 m 7,32 m 1 in = 0,024 m 7/8 in = 0,022 m 4/5 in = 0,021 m 3/4 in = 0,019 m - 3/16 in = 0,005 m 18,29 m 9,14 m 3/4 in = 0,019 m 3/4 in = 0,019 m 2/3 in = 0,018 m 5/8 in = 0,016 m 4/7 in = 0,014 m 1/8 in = 0,003 m

38 digilib.uns.ac.id 31 III.4 Condenser Beban panas condenser (Qc) ,85 kj/jam, condenser yang digunakan adalah tipe shell and tube karena kemampuannya untuk bekerja pada tekanan dan temperature tinggi, dengan dua fluida kerja yang mempunyai perbedaan volume aliran yang mencolok jauh, serta luas permukaan untuk tipe ini besar (>> 200ft). Kode Tabel III.4 Spesifikasi Condenser CD-01 Fungsi Mengkondensasikan hasil atas Menara Reactive Distillation (RD-01) Tipe Jumlah Panjang Shell and tube 1 buah 12 ft = 3,658 m Kondisi operasi - Hot fluid - Cold fluid Spesifikasi - Kapasitas - Material Spesifikasi - Kapasitas - Material - Jumlah - P Dirt Factor 107,2 o C 40 o C 30 o C 45 o C Shell side, cold fluid (water) ,19 kg/jam plate steel SA 283 grade C Tube side, hot fluid (gas produk keluar RD-01) 580,367 kg/jam plate Stainless steel SA 167 Type ,235 psi 0,0022 hr.ft 2. o F/Btu Luas tr. panas 52,08 m 2

39 digilib.uns.ac.id 32 III.5 Reboiler Beban panas reboiler (Qr) ,01 kj/jam, reboiler yang digunakan adalah tipe kettle reboiler karena konstruksinya yang sederhana dan paling umum digunakan serta tidak memerlukan pompa karena T LMTD besar steam akan keluar dari atas dan cairan akan keluar secara gravitasi. Tabel III.5 Spesifikasi Reboiler Kode RB-01 Fungsi Menguapkaan sebagian hasil bawah Menara Reactive Distillation (RD-01) Tipe Kettle Reboiler Jumlah 1 buah Panjang 6 ft = 1,829 m Kondisi operasi - Hot fluid 148 o C 148 o C - Cold fluid 145,21 o C 146,54 o C Spesifikasi - Kapasitas - Material Shell, cold fluid (hasil bawah RD-01) 8470,98 kg/jam plate Stainless steel SA 167 Type 316 Spesifikasi - Kapasitas - Material - Jumlah - P Tube, hot fluid (steam) 938,71 kg/jam plate steel SA 213 type tube 0,001 psi Dirt Factor 0,0031 hr.ft 2. o F/Btu Luas tr. panas 17,51 m 2

40 digilib.uns.ac.id 33 III.6 Heat Exchanger Heater (HE-01, HE-02 dan HE-03), dipilih tipe Double Pipe Heat Excanger karena luas transfer panasnya (<< 200 ft), sedangkan untuk cooler (HE-04) dipilih tipe shell and tube karena luas transfer panasnya besar (>> 200 ft). Tabel III.6 Spesifikasi Heat Exchanger Kode HE-01 HE-02 Fungsi Memanaskan C 2 H 3 COOH dari tangki (T-01) sebelum masuk Menara Reactive Distillation (RD-01) Memanaskan C 4 H 9 OH dari tangki (T-02) sebelum masuk Menara Reactive Distillation (RD-01) Tipe Double Pipe Heat Excanger Double Pipe Heat Excanger Jumlah 1 buah 1 buah Panjang 12 ft = 3,658 m 12 ft = 3,658 m Kondisi operasi - Hot fluid - Cold fluid Spesifikasi anulus - Kapasitas - Material Spesifikasi inner pipe - Kapasitas - Material - Jumlah - P 148 o C o C 30 o C o C Hot fluid (steam) 925,845 kg/jam plate steel SA 283 grade C Asam akrilat 2920,926 kg/jam plate Stainless Stell SA 167 Type hairpin 0,949 psi 148 o C o C 30 o C o C Hot fluid (steam) 315,645 kg/jam plate steel SA 283 grade C n-butanol 2982,206 kg/jam plate steel SA 283 grade C 5 hairpin 0,1183 psi Dirt Factor 0,0026 hr.ft 2. o F/Btu 0,0023 hr.ft 2. o F/Btu Luas tr. panas 6,934 m 2 4,161 m 2

41 digilib.uns.ac.id 34 Kode HE-03 HE-04 Fungsi Memanaskan refluk dari decanter (DC-01) sebelum masuk Menara Reactive Distillation (RD-01) Mendinginkan produk n-butil akrilat dari reboiler (RB-01) ke tangki produk (T-03) Tipe Double Pipe Heat Excanger Shell and tube Jumlah 1 buah 1 buah Panjang 12 ft = 3,658 m 16 ft = 4,877 m Kondisi operasi - Hot fluid - Cold fluid Spesifikasi Shell / anulus - Kapasitas - Material Spesifikasi Tube/ inner pipe - Kapasitas - Material - Jumlah - P 148 o C o C 40 o C o C Hot fluid (steam) 66,598 kg/jam plate steel SA 283 grade C Fluida reflux menuju Reactive Distillation 711,103 kg/jam plate Stainless Stell SA 167 Type hairpin 0,0427 psi 107,39 o C - 35 o C 30 o C - 45 o C Cold fluid (water) 12541,527 kg/jam plate steel SA 283 grade C Hot fluid (hasil bawah RD-01) 5050,505 kg/jam plate Stainless Stell SA 167 Type 316 0,2 psi Dirt Factor 0,0028 hr.ft 2. o F/Btu 0,0024 hr.ft 2. o F/Btu Luas tr. panas 1,940 m 2 46,686 m 2

42 digilib.uns.ac.id 35 III. 7 Pompa Digunakan empat buah pompa (P-01, P-02, P-03 dan P-04) setiap pompa terdiri dari dua buah pompa dipasang paralel. Digunakan tipe Single stage centrifugal pump karena tipe ini mempunyai kapasitas besar dengan head rendah, fluida yang mengalir dapat mengandung kotoran, perawatan mudah, tidak berisik, dan hanya perlu sedikit ruang. Tabel III.7 Spesifikasi Pompa Kode P-01 P-02 P-03 P-04 Fungsi Mengalirkan Mengalirkan Mengalirkan Mengalirkan C 2 H 3 COOH dari C 4 H 9 OH dari C 2 H 3 COOC 4 H 9 C 2 H 3 COOC 4 H 9 tangki (T-01) tangki (T-02) dan C 4 H 9 OH dari Reactive menuju Menara menuju Menara dari decanter distillation Reactive Reactive (DC-01) menuju (RD-01) ke Distillation Distillation Menara Reactive tangki produk (RD-01) (RD-01) Distillation (T-03) (RD-01) Tipe Material Single stage centrifugal pump Commercial steel Kapasitas 3,728 m 3 /jam 4,089 m 3 /jam 1,142 m 3 /jam 7,972 m 3 /jam Tekanan 1 atm 1 atm 1 atm 1 atm Tenaga pompa 0,75 hp 0,67 hp 0,05 hp 0,39 hp NPSH pompa 2,563 ft 2,202 ft 0,833 ft 3,043 ft Kecepatan putar 3500 rpm 3500 rpm 3500 rpm 3500 rpm Tenaga motor 1 hp 1 hp 1 hp 0,5 hp

43 digilib.uns.ac.id BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM IV.1 Unit Pendukung Proses Unit pendukung proses atau utilitas merupakan bagian penting dalam menunjang proses produksi dalam pabrik. Unit pendukung proses pabrik n-butil akrilat adalah: 1. Unit pengadaan air Unit ini bertugas menyediakan dan mengolah air guna memenuhi kebutuhan air. Air umpan boiler, air konsumsi umum dan sanitasi menggunakan air dari PT. Krakatau Tirta Industri (PT. KTI). Air pendingin dan air pemadam kebakaran menggunakan air laut yang tidak jauh dari lokasi pabrik. Alasan digunakannya air laut sebagai media pendingin karena air laut dapat diperoleh dalam jumlah yang besar dengan biaya murah, mudah dalam pengaturan dan pengolahannya, tidak dibutuhkan cooling tower karena air laut langsung dibuang lagi ke laut. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pengolahan air laut diantaranya partikel-partikel besar/makroba (makhluk hidup laut dan konstituen lain) serta partikel-partikel kecil/mikroba laut (ganggang dan mikroorganisme laut) yang dapat menyebabkan fouling pada alat-alat proses. Fouling yang terjadi pada alat-alat penukar panas dapat dihindari dengan pengolahan air laut terlebih dahulu. Pengolahan dilakukan secara fisis dan kimia. 36

44 digilib.uns.ac.id 37 Pengolahan secara fisis adalah dengan screening dan secara kimia adalah dengan penambahan Chlorine. Tahapannya adalah sebagai berikut: Air laut dari kedalaman 10 m dari permukaan diambil dengan menggunakan pompa, dalam pengoprasian digunakan dua buah pompa, satu service dan satunya standby. Sebelum masuk pompa, air dilewatkan pada traveling screen guna menyaring partikel dengan ukuran besar. Pencucian dilakukan secara kontinyu. Setelah dipompa kemudian ditampung sementara ke Intake Pit. Dari Intake Pit, sebagian air laut akan diambil sebagai air pemadam kebakaran dan sebagian lagi dialirkan ke Pump Basin melalui Intake Canal secara gravitasi, karena air laut masih mengandung mikroorganisme dan bakteri yang dapat menempel pada surface condenser sehingga mengganggu perpindahan panas, maka perlu diinjeksikan Chlorine ke Intake Canal dan Pump Basin. Gambar IV.1 Skema Pengolahan Air Laut

45 digilib.uns.ac.id 38 Sumber air umpan boiler, air keperluan konsumsi dan sanitasi berasal dari PT. KTI. Air umpan boiler harus memenuhi persyaratan tertentu agar tidak menimbulkan masalah-masalah, seperti: pembentukan kerak pada boiler, terjadinya korosi pada boiler dan pembentukan busa di atas perrmukaan dalam drum boiler. Tahapan pengolahan air agar dapat digunakan sebagai air umpan boiler meliputi filtrasi, demineralisasi, dan deaerasi. Air konsumsi dan sanitasi digunakan sebagai air minum, laboratorium, kantor, perumahan, dan pertamanan. Air ini harus memenuhi beberapa syarat. Syarat fisik, meliputi suhu di bawah suhu udara luar, warna jernih, tidak mempunyai rasa dan tidak berbau. Syarat kimia, tidak mengandung zat organik dan tidak beracun. Dan syarat bakteriologis, tidak mengandung bakteri-bakteri terutama bakteri yang pathogen. Pengolahan air baku (treated water) yang diambil dari PT. KTI melalui beberapa tahap. Tahapannya adalah sebagai berikut: a. Sand filter Air baku dari PT. KTI ditampung dalam bak penampung awal. Dari bak penampung awal dialirkan ke filter. Filter yang digunakan adalah jenis gravity sand filter dengan menggunakan pasir kasar dan halus. Lalu air yang telah disaring ditampung ke bak penampung, dari bak penampung air dipompakan ke tangki air konsumsi dan ke unit demineralisasi b. Unit demineralisasi Unit ini berfungsi menghilangkan mineral-mineral yang terkandung dalam air seperti Ca 2+, Mg 2+, K +, Fe 2+, Al 3+, HCO - 3, SO 2-4, Cl - dan lain-lain dengan

46 digilib.uns.ac.id 39 bantuan resin. Air yang diperoleh adalah air bebas mineral akan diproses lebih lanjut menjadi air umpan boiler. Demineralisasi diperlukan karena air umpan ketel membutuhkan syarat-syarat sebagai berikut: Tidak menimbulkan kerak pada boiler maupun pada tube alat penukar panas jika steam digunakan sebagai pemanas. Kerak akan mengakibatkan turunnya efisiensi operasi. Babas dari semua gas-gas yang mengakibatkan terjadinya korosi, terutama gas O 2 dan gas CO 2 Air diumpankan ke cation exchanger yang berfungsi menukar ion-ion positif/kation (Ca 2+, Mg 2+, K +, Fe 2+, Al 3+ ) yang ada di air umpan. Alat ini sering disebut softener yang mengandung resin jenis hydrogen-zeolite. Kation-kation dalam umpan akan ditukar dengan ion H + yang ada pada resin. Akibat tertukarnya ion H + dari kation-kation yang ada dalam air umpan, maka air keluaran cation exchanger mempunyai ph rendah (3,7) dan Free Acid Material (FMA) yaitu CaCO 3 sekitar 12 ppm. FMA merupakan salah satu parameter pengukur tingkat kejenuhan resin. Pada operasi normal FMA stabil sekitar 12 ppm, apabila FMA turun berarti resin telah jenuh sehingga perlu diregenerasi dengan larutan H 2 SO 4 4%. Air keluaran cation exchanger kemudian diumpankan ke anion exchanger. Anion exchanger berfungsi sebagai alat penukar anion-anion (HCO - 3, SO 2-4, Cl -, NO - 3, dan CO - 3 ) yang terdapat di dalam air umpan. Di dalam anion exchanger mengandung resin jenis Weakly Basic Anion Exchanger (WBAE). Anion-anion dalam air umpan ditukar dengan ion OH -, sehingga asam-asam

47 digilib.uns.ac.id 40 yang terkandung di dalam umpan exchanger menjadi bebas dan berkaitan dengan OH - yang lepas dari resin yang mengakibatkan terjadinya netralisasi sehingga ph air keluar anion exchanger kembali normal dan ada penambahan konsentrasi OH - sehingga ph akan cenderung basa. Batasan yang diijinkan ph (8,8-9,1), kandungan Na + = 0,08-2,5 ppm. Kandungan silica pada air keluaran anion exchanger merupakan titik tolak bahwa resin telah jenuh (12 ppm). Resin digenerasi menggunakan larutan NaOH 4%. Air keluaran cation dan anion exchanger ditampung dalam tangki air demineralisasi sebagai penyimpan sementara sebelum dipakai sebagai air proses dan sebelum diproses lebih lanjut di unit deaerator c. Unit deaerator Air yang sudah diolah di unit demineralisasi masih mengandung sedikit gasgas terlarut terutama O 2. Gas tersebut dihilangkan menggunakan deaerator karena dapat menyebabkan korosi. Pada deaerator kadarnya diturunkan sampai kurang dari 5 ppm. Proses pengurangan gas-gas dalam deaerator dilakukan secara mekanis dan kimiawi. Proses mekanis dilakukan dengan cara mengontakkan air umpan boiler dengan uap tekanan rendah, mengakibatkan sebagian besar gas terlarut dalam air umpan terlepas dan dikeluarkan ke atmosfer. Selanjutnya dilakukan proses kimiawi dengan penambahan bahan kimia hidrazin (N 2 H 4 ). Adapun reaksi yang terjadi adalah: N 2 H 4 (aq) + O 2 N H 2 O

48 digilib.uns.ac.id 41 Gambar IV.2 Skema Pengolahan Air KTI Kebutuhan Air a. Kebutuhan Air Pendingin Kebutuhan air pendingin pada condenser (CD-01) sebagai pendingin hasil atas dari RD-01 sebesar ,19 kg/jam dan kebutuhan air di Cooler (HE-04) sebesar ,53 kg/jam. Kebutuhan total air pendingin adalah ,72 kg/jam. b. Kebutuhan Steam Kebutuhan steam pada HE-01: 925,85 kg/jam, HE-02: 315,65kg/jam, HE-03: 66,59 kg/jam, dan RB-01: 938,71 kg/jam. Kebutuhan total steam: 2.246,80 kg/jam. Dianggap air yang hilang sebesar 20% sehingga kebutuhan make up air steam = 449,36 kg/jam

49 digilib.uns.ac.id 42 c. Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi Kebutuhan air perkantoran kg/hari, laboratorium kg/hari, kantin kg/hari, taman kg/hari, poliklinik kg/hari. Total kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi kg/hari = 522,08 kg/jam. Total air yang disuplai dari PT KTI = air konsumsi+ air umpan boiler = 971,44 kg/jam 2. Unit pengadaan steam Unit ini bertugas sebagai penyedia kebutuhan steam sebagai media pemanas pada Heat exchanger dan Reboiler ( HE-01, HE-02, HE-03, RB-01).. Steam yang dihasilkan berupa saturated steam dengan suhu 148 C dan tekanan 4,5 atm. Jumlah steam yang dibutuhkan adalah 2.696,157 kg/jam dengan dilebihkan 20% guna menjaga kebocoran dalam distribusi. Spesifikasi boiler: Kode Jenis Jumlah Heating surface Rate of steam Tekanan steam : BO-01 : Boiler pipa api : 1 buah : 915,15 ft2 : lb/jam : 4,5 atm Suhu steam : 148 C Efisiensi : 80% Bahan bakar Kebutuhan bahan bakar : IDO : 133,13 kg/jam

50 digilib.uns.ac.id Unit pengadaan udara tekan Unit ini bertugas sebagai penyedia udara tekan untuk kebutuhan instrumentasi pneumatic, sebagai penyediaan udara tekan di bengkel dan kebutuhan umum yang lain. Kebutuhan udara tekan pada prarancangan pabrik n- butil akrilat ini diperkirakan sebesar 100 m 3 /jam, tekanan 45 psi dan suhu 35 o C. Alat penyedia udara tekan berupa kompresor dilengkapi dengan dryer yang berisi silica gel sebagai penyerap kandungan air sampai maksimal 84 ppm. Spesifikasi kompresor: Kode Fungsi Jenis Jumlah Kapasitas Tekanan suction Tekanan discharge Suhu udara : KU-01 : Memenuhi kebutuhan udara tekan : Single Stage Reciprocating Compressor : 1 buah : 100 m 3 /jam : 14,7 psi (1 atm) : 45 psi (3,1atm) : 35 o C Efisiensi : 80% Daya kompresor : 7,5 HP 4. Unit pengadaan listrik Unit ini bertugas sebagai penyedia listrik yang digunakan sebagai tenaga penggerak peralatan proses, keperluan pengolahan air, peralatan-peralatan elektronik atau listrik AC, maupun penerangan. Kebutuhan tenaga listrik pada prarancangan pabrik n-butil akrilat ini dipenuhi oleh PLN dan generator pabrik.

51 digilib.uns.ac.id 44 Hal ini bertujuan agar pasokan tenaga listrik dapat berlangsung kontinyu meskipun ada gangguan pasokan dari PLN. Generator yang digunakan adalah generator arus bolak-balik dengan pertimbangan tenaga listrik yang dihasilkan cukup besar dan tegangan dapat dinaikkan atau diturunkan sesuai kebutuhan. Kebutuhan listrik untuk keperluan proses dan keperluan pengolahan air dapat dilihat pada Tabel IV.1 Tabel IV.1 Kebutuhan listrik untuk keperluan proses dan utilitas Nama Alat Jumlah HP Total HP P ,74 0,74 P ,65 0,65 P ,05 0,05 P ,39 0,39 PWT ,50 0,50 PWT ,04 0,04 PWT ,02 0,02 PWT ,05 0,05 PWT ,05 0,05 PWT ,07 0,07 PU ,37 0,37 PU ,12 0,12 KU ,5 7,5 Jumlah 10,55 Jadi jumlah listrik proses dan utilitas sebesar 10,55 HP. Diperkirakan kebutuhan listrik untuk alat yang tidak terdiskripsikan sebesar ± 20% dari total kebutuhan. Maka total kebutuhan listrik adalah 12,66 HP atau sebesar 9,44 kw.

52 digilib.uns.ac.id 45 Kebutuhan listrik untuk keperluan penerangan dapat dilihat pada Tabel IV.2. Persamaan (IV.1) digumakan dalam menentukan besarnya tenaga listrik. a. F L = U. D (IV.1) Tabel IV.2 Jumlah Lumen berdasarkan luas bangunan Bangunan Luas, m 2 Luas, ft 2 F U D F/U.D Pos keamanan , ,42 0,75 63,49 Parkir , ,49 0,75 27,21 Musholla , ,55 0,75 48,48 Kantin , ,51 0,75 52,29 Kantor , ,6 0,75 77,78 Poliklinik , ,56 0,75 47,62 Ruang kontrol , ,56 0,75 95,24 Laboratorium , ,56 0,75 95,24 Proses , ,59 0,75 67,80 Utilitas , ,59 0,75 22,60 Ruang generator , ,51 0,75 26,14 Bengkel , ,51 0,75 104,58 Garasi , ,51 0,75 26,14 Gudang , ,51 0,75 26,14 Pemadam , ,51 0,75 52,29 Jalan dan taman ,76 5 0,55 0,75 12,12 Area perluasan ,12 5 0,57 0,75 11,70 Jumlah ,7 Jumlah lumen: penerangan dalam ruangan penerangan bagian luar ruangan = ,247 lumen = ,892 lumen

53 digilib.uns.ac.id 46 Semua area dalam bangunan direncanakan menggunakan lampu fluorescent 40 Watt, satu buah lampu instant starting daylight 40 W mempunyai lumen (Tabel 18 Perry 6 th ed., 1994). Jadi jumlah lampu dalam ruangan =..,. = buah Penerangan luar ruangan digunakan lampu mercury 100 Watt, lumen output tiap lampu adalah lumen (Perry 6 th ed., 1994). Jadi jumlah lampu luar ruangan =.,. = 210 buah Total daya penerangan = ( 40 W x W x 210 ) = ,08 W = 144,46 kw Kebutuhan listrik guna keperluan AC sebesar Watt atau 15 kw. Kebutuhan listrik guna keperluan laburatorium dan instrumentasi sebesar Watt atau 10 kw. Diperkirakan kebutuhan listrik pada prarancangan pabrik n- butil akrilat sebesar 178,9 kw. Generator digunakan sebagai cadangan sumber listrik mempunyai efisiensi 80%, sehingga generator harus mempunyai output sebesar 223,61 kw. Dipilih generator dengan daya 300 kw, sehingga masih tersedia daya sebesar 76,37 kw. Spesifikasi generator: Jenis Jumlah Kapasitas / Tegangan : AC generator : 1 buah : 300 kw ; 220/360 Volt Efisiensi : 80% Bahan bakar : IDO

54 digilib.uns.ac.id Unit pengadaan bahan bakar Unit pengadaan bahan bakar bertugas memenuhi kebutuhan bahan bakar generator, digunakan IDO (Industrial Diesel Oil) sebagai bahan bakar. IDO diperoleh dari Pertamina dan distributornya. Pemilihan IDO sebagai bahan bakar karena mudah didapat, lebih ekonomis, serta mudah dalam penyimpanan. Bahan bakar IDO mempunyai spesifikasi sebagai berikut: Specific gravity : 0,8124 Heating Value : Btu/lb Efisiensi bahan bakar : 80% Densitas : 50,5664 lb/ft 3 a. Kebutuhan bahan bakar boiler Kapasitas boiler Kebutuhan bahan bakar = ,56 Btu/jam = 133,13 L/jam b. Kebutuhan bahan bakar motor generator Kapasitas alat Bahan bakar = eff. ρ. h Kapasitas generator = 300 kw = ,23 Btu/jam Kebutuhan bahan bakar = 42,70 L/jam IV.2 Laboratorium Laboratorium memiliki peranan besar bagi pabrik guna memperoleh data data yang diperlukan. Data data tersebut digunakan untuk evaluasi unit-unit yang ada, menentukan tingkat efisiensi, dan pengendalian mutu.