PRARANCANGAN PABRIK AMONIUM NITRAT DARI AMONIA DAN ASAM NITRAT KAPASITAS TON/TAHUN

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK AMONIUM NITRAT DARI AMONIA DAN ASAM NITRAT KAPASITAS TON/TAHUN Disusun Oleh : 1. Danik Widi Astuti ( I ) 2. Yunie Widhyastuti ( I ) JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit 2012 to user 0

2 KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT, karena limpahan rahmat dan hidayah-nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Tugas Akhir dengan judul dari Amonia dan Asam Nirat Kapasitas Ton/Tahun. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia atas bimbingannya. 2. Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. dan Wusana Agung W., S.T., M.T. selaku dosen pembimbing atas bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas akhir ini. 3. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. dan Endang Kwartiningsih, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik atas bimbingan dan arahannya. 4. Inayati, S.T., M.T., Ph.D. dan Ir. Endang Mastuti W. selaku Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir atas bimbingan dan arahannya. 5. Seluruh dosen, laboran, dan administrasi Jurusan Teknik Kimia atas ilmu, arahan, dan bantuannya selama ini. 6. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa dan semangat yang senantiasa diberikan. 7. Seluruh teman teman Teknik Kimia UNS, khususnya angkatan Seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat disebutkan satu per satu. iii-1

3 Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari 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, Oktober 2012 Penulis iii-2

4 DAFTAR ISI Halaman Judul... i Lembar Pengesahan... ii Kata Pengantar... iii Daftar Isi... iv Daftar Tabel... v Daftar Gambar... vi Intisari... vii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Pendirian Pabrik Kapasitas Perancangan Proyeksi Kebutuhan Amonium Nitrat di Indonesia Bahan Baku yang Diperlukan Pemilihan Lokasi Pabrik Bahan Baku Transportasi dan Telekomunikasi Tenaga Kerja Karakterisasi Lokasi Kebijakan Pemerintah Utilitas Tinjauan Pustaka Proses Pembuatan commit to Amonium user Nitrat... 6 iv-1

5 1.4.2 Alasan Pemilihan Proses Kegunaan Produk Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku Produk Tinjauan Proses secara Umum BAB II DESKRIPSI PROSES Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Spesifikasi Bahan Baku Spesifikasi Bahan Pembantu Spesifikasi Produk Konsep Proses Dasar Reaksi Mekanisme Reaksi Kondisi Operasi Reaksi Tinjauan Termodinamika dan Kinetika Tinjauan Termodinamika Tinjauan Kinetika Langkah Proses Diagram Alir Proses Tahapan Proses Tahap Persiapan Bahan Baku iv-2

6 Tahap Pembentukan Produk Tahap Pembutiran Produk Neraca Massa dan Neraca Panas Neraca Massa Neraca Massa Total Neraca Massa Alat Neraca Panas Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses Lay Out Pabrik Lay Out Peralatan Proses BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES Reaktor Evaporator Mixing Tank Prilling Tower Screen Screw Conveyor Coating Drum Conveyor Belt Conveyor Belt Conveyor Bucket Elevator Bucket Elevator iv-3

7 3.9.2 Bucket Elevator Silo Silo Amonium Nitrat Silo Clay Tangki Tangki Asam Nitrat Tangki Amonia Heat Exchanger Heat Exchanger Heat Exchanger Pompa Pompa Pompa Pompa Blower Expansion Valve BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM Unit Pendukung Proses Unit Pengadaan Air Unit Pengadaan Udara Tekan Unit Pengadaan Listrik Unit Pengadaan Bahan Bakar Laboratorium iv-4

8 4.2.1 Laboratorium Fisik Laboratorium Analitik Laboratorium Penelitian dan Pengembangan Unit Pengolahan Limbah Keselamatan dan Kesehatan Kerja BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN Bentuk Perusahaan Struktur Organisasi Tugas dan Wewenang Pemegang Saham Dewan Komisaris Dewan Direksi Staf Ahli Penelitian dan Pengembangan (Litbang) Kepala Bagian Pembagian Jam Kerja Karyawan Karyawan Non Shift / harian Karyawan Shift Status Karyawan dan Sistem Upah Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji Kesejahteraan Sosial Tenaga Kerja Manajemen Perusahaan Perencanaan Produksi iv-5

9 5.8.2 Pengendalian Produksi BAB VI ANALISA EKONOMI Penaksiran Harga Peralatan Dasar Perhitungan Penentuan Total Capital Investment (TCI) Modal Tetap (Fixed Capital Investment) Modal Kerja (Working Capital Investment) Penentuan Manufacturing Cost (TMC) Direct Manufacturing Cost (DMC) Indirect Manufacturing Cost (IMC) Fixed Manufacturing Cost (FMC) General Expense (GE) Keuntungan Produksi Analisa Kelayakan Daftar Pustaka... viii Lampiran iv-6

10 INTISARI Danik Widi Astuti dan Yunie Widhyastuti, 2012, Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat Kapasitas Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Amonium nitrat di Indonesia banyak digunakan sebagai bahan peledak oleh perusahaan pertambangan. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dirancang pabrik ammonium nitrat dengan kapasitas ton/tahun dengan bahan baku ammonia ton/tahun dan asam nitrat ton/tahun. Lokasi pabrik direncanakan didirikan di daerah Cikampek, Jawa Barat. Bahan baku asam nitrat diperoleh dari PT. Multi Nitrotama Kimia, Cikampek dan gas amonia diperoleh dari PT. Pupuk Kujang, Cikampek. Reaksi berlangsung dalam reaktor bubbling. Reaktor dijaga pada kondisi suhu 145 ⁰ C dan tekanan 3,9 atm, yang bersifat eksotermis. Produk amonium nitrat yang terbentuk dipekatkan dalam evaporator kemudian dibentuk prill di dalam prilling tower. Alat alat utama yang digunakan meliputi tangki penyimpanan bahan baku, reaktor, evaporator, prilling tower, mixing tank, screening dan coating drum sedangkan alat pendukungnya adalah pompa, heat exchanger, silo, belt conveyor dan bucket elevator. Untuk menunjang proses produksi, maka didirikan unit pendukung proses yaitu unit pengadaan dan pengolahan air dengan kebutuhan 31174,61 m 3 /tahun, pengadaan listrik sebesar 227,02 kw, pengadaan bahan bakar sebesar 266,51 m 3 /tahun, unit pengolahan limbah dan laboratorium. Pabrik amonium nitrat ini drencanakan didirikan dengan luas tanah m 2 dan berbentuk perseroan terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff yang dipimpin oleh direktur utama. Jumlah tenaga kerja yang dibutuhkan 184 orang dengan tingkat pendidikan mulai dari sekolah menengah hingga sarjana. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian menurut jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Pabrik direncanakan beroperasi selama 330 hari kerja per tahun dan berdasarkan hasil analisa ekonomi diperoleh Retun of Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 25,76% dan setelah pajak sebesar 19,32%, Pay out Time (POT) sebelum pajak 2,96 tahun dan setelah pajak 3,66 tahun. Sedangkan harga Break Even Point (BEP) sebesar 44,20% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 22,54%. vii

11 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik Pembangunan industri kimia di Indonesia sudah cukup pesat terbukti dengan mulai banyaknya industri kimia yang berdiri serta dibukanya kesempatan untuk penanaman modal asing, baik untuk industri hulu maupun industri hilir. Salah satu industri hilir yang dapat didirikan di Indonesia adalah pabrik amonium nitrat, yaitu pabrik yang menghasilkan produk berupa bahan baku untuk bahan peledak dan campuran pupuk. Pabrik ini cukup diperlukan di Indonesia sebagai negara yang sebagian devisanya diperoleh dari pertambangan. Amonium nitrat dengan rumus kimia NH 4 NO 3 merupakan padatan berwarna putih. Sebagian besar produk amonium nitrat digunakan sebagai bahan peledak dan sebagian kecil digunakan sebagai campuran pupuk dan pembius. Di Indonesia kebutuhan amonium nitrat dari tahun ke tahun mengalami peningkatan, seperti terlihat pada Tabel 1.1 di bawah. Tabel 1.1 Data Impor Amonium Nitrat (Sumber : tahun 2011) Tahun Jumlah (ton) , , , , , , ,089 Bab I Pendahuluan 1

12 2 Didirikannya pabrik amonium nitrat di Indonesia berarti : 1. Mengurangi jumlah impor yang berarti menghemat devisa negara. 2. Sebagai pemasok bahan baku bagi industri bahan peledak di Indonesia. 3. Menambah pelanggan bagi industri amonia dan asam nitrat. 4. Membuka lapangan kerja baru. 1.2 Kapasitas Perancangan Proyeksi Kebutuhan Amonium Nitrat di Indonesia Dilihat dari Tabel 1.1 kebutuhan terhadap amonium nitrat terus meningkat dari tahun ke tahun. Beberapa pabrik amonium nitrat yang telah ada disajikan dalam Tabel 1.2 sebagai berikut : Tabel 1.2 Pabrik Amonium Nitrat yang telah Ada (Sumber : tahun 2011) No. Nama Pabrik Lokasi Kapasitas 1. Qingdao Chemstar Industrial Co., Ltd. 1 China ton/tahun 2. Jintan Li Sheng Commerce Co., Ltd. 1 China ton/tahun 3. PT Multi Nitrotama Kimia 2 Indonesia ton/tahun 4. PT Kaltim Nitrate Indonesia 3 Indonesia ton/tahun Pabrik direncanakan dibangun pada tahun 2016 dan beroperasi pada tahun Dari data impor di atas, kemudian dilakukan regresi polinomial, untuk mendapatkan nilai kenaikan impor amonium nitrat di Indonesia. Data impor dan regresi polinomial untuk data impor ditunjukkan dalam Gambar 1.1 Bab I Pendahuluan

13 3 Jumlah (Ton) 600, , , , , ,000 Grafik Impor Amonium Nitrat y = 1,908.58x 2-7,631,854.23x + 7,629,591, R² = Tahun Gambar 1.1 Data Impor Amonium Nitrat di Indonesia Tahun Dari regresi polinomial terhadap data impor amonium nitrat didapatkan persamaan empiris seperti terlihat pada persamaan (1-1) : y = 1.908,58x ,23x ,43 (1-1) Berdasarkan persamaan dapat diperoleh bahwa kebutuhan impor amonium nitrat di Indonesia pada tahun 2017 diperkirakan mencapai ,14 ton/tahun. Sedangkan di Indonesia pabrik yang menyediakan asam nitrat hanya PT Multi Nitrotama Kimia yang menghasilkan asam nitrat sebesar ton/tahun. Dari pertimbangan di atas maka pemilihan kapasitas produksi yang diambil adalah kapasitas ton/tahun. Dengan kapasitas sebesar itu, pabri telah layak didirikan dan memberikan keuntungan terbukti dari kapasitas skala komersial pabrik yang telah berdiri, yaitu Jintan Li Sheng Commerce Co., Ltd. dengan kapasitas yang sama yaitu ton/tahun Bahan Baku yang Diperlukan Pada prarancangan pabrik amonium nitrat dengan kapasitas ton/tahun, dibutuhkan asam nitrat sebesar ton/tahun dan gas ammonia Bab I Pendahuluan

14 4 sebesar ton/tahun. Bahan baku asam nitrat akan diperoleh dari PT Multi Nitrotama Kimia Cikampek yang menghasilkan asam nitrat dengan kapasitas ton per tahun. Sedangkan gas amonia diperoleh dari PT Pupuk Kujang yang menghasilkan ton per tahun. 1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik Pabrik Amonium Nitrat ini direncanakan didirikan di Kawasan Industri Cikampek. Lokasi suatu pabrik dapat mempengaruhi kedudukan pabrik dalam persaingan maupun penentuan kelangsungan hidupnya. Penentuan lokasi pabrik yang tepat, ekonomis dan menguntungkan tentunya dipengaruhi oleh banyak faktor. Lokasi Pabrik Amonium Nitrat Gambar 1.2 Lokasi Pabrik Amonium commit to Nitrat user di Kawasan Industri Cikampek Bab I Pendahuluan

15 Bahan Baku Pabrik sangat tergantung dengan keberadaan bahan bakunya. Bahan baku untuk pabrik amonium nitrat adalah amoniak yang diperoleh dari PT Pupuk Kujang Cikampek, sedangkan asam nitrat diperoleh dari PT Multi Nitrotama Kimia Cikampek Transportasi dan Telekomunikasi Sebagai kawasan industri, Cikampek merupakan wilayah yang sarana transportasi dan telekomunikasinya cukup memadai. Cikampek dekat dengan pelabuhan, jalan raya dan jalan tol yang memadai sehingga memudahkan pengangkutan bahan baku dan produk Tenaga kerja Pada dasarnya di setiap lokasi memiliki potensi yang hampir sama, karena dimanapun ada lapangan pekerjaan akan selalu ada tenaga kerja yang mengisi. Untuk tenaga kerja lokal cukup mengambil dari dalam Pulau Jawa Karakterisasi lokasi Karakterisasi lokasi menyangkut iklim dan musim di daerah tersebut, kemungkinan gempa, dan perubahan iklim. Cikampek sebagai kawasan industri memiliki kelayakan yang baik. Bab I Pendahuluan

16 Kebijakan Pemerintah Pendirian pabrik juga perlu memperhatikan faktor yang terkait di dalamnya, kebijaksanaan pengembangan industri yang berhubungan dengan pemerataan tenaga kerja, kesejahteraan dan hasil pembangunan, maka Cikampek baik dipilih sebagai lokasi pendirian pabrik ini Utilitas Utilitas yang diperlukan adalah keperluan tenaga listrik, air, dan bahan bakar. Kebutuhan tenaga listrik akan diperoleh dari PLN setempat dan generator pembangkit listrik sebagai cadangan. Kebutuhan air akan diperoleh dari bendungan Curug, daerah Parungkadali yang berjarak sekitar 10 km dari lokasi pabrik. 1.4 Tinjauan Pustaka Pemilihan Proses Pembuatan Amonium Nitrat Amonium nitrat biasanya dihasilkan dari reaksi asam nitrat dengan gas amonia. Reaksi pembentukan amonium nitrat yaitu: HNO 3 (aq) + NH 3 (g) NH 4 NO 3 (aq) Reaktor yang menghasilkan amonium nitrat sering disebut juga sebagai netraliser karena reaksi pembentukan amonium nitrat merupakan salah satu reaksi netralisasi (penetralan asam dengan basa atau sebaliknya). Proses pembuatan amonium nitrat biasanya dibedakan berdasarkan kondisi dari reaktor dan evaporator yang digunakan. Proses pembuatan amonium nitrat ada tiga yaitu : Bab I Pendahuluan

17 7 1) Proses UCB (Union Chimique-Chemische Bedrijven) (Sumber: Patents No.CA752294) Pada proses ini terdapat heat exchanger pada reaktor bertekanan yang menggunakan sebagian panas reaksi untuk menghasilkan steam dari air yang masuk ke heat exchanger. Gas amonia dan 63-70% asam nitrat dipanaskan dan diumpankan ke dalam reaktor dari bagian bawah secara cocurre. Tekanan reaktor sekitar 1-4 kg/cm 2 (0,98-3,92 bar), suhunya C. Heat exchanger mendinginkan campuran reaksi dan larutan amonium nitrat yang keluar dari reaktor dipekatkan hingga 95% dengan penguapan di evaporator. Panas reaksi akan dimanfaatkan untuk menghasilkan : - Steam hasil penguapan air dari larutan asam nitrat. Steam ini bisa digunakan untuk proses pemanasan awal umpan boiler dan asam nitrat, atau digunakan pada evaporator. - Steam murni dari air pendingin pada heat exchanger. Steam yang tidak terkontaminasi asam nitrat, amonia maupun amonium nitrat ini bisa digunakan untuk keperluan lain didalam pabrik. 2) Proses Stamicarbon Netraliser merupakan rangkaian reaktor yang terhubung ke separator. Larutan hasil reaksi disirkulasikan tanpa pompa dengan panas yang dihasilkan. Asam nitrat (60% berat), amonia yang sudah dipanaskan, dan sedikit asam sulfat dimasukkan di bagian bawah reaktor. Reaktor beroperasi pada tekanan 4 bar dan suhu 178 ⁰C. Larutan amonium nitrat dibentuk dalam reaktor sehingga konsentrasinya 78%. Steam yang keluar dari bagian atas separator dilewatkan melalui pemisah kabut dan sebagian besar digunakan Bab I Pendahuluan

18 8 untuk memekatkan larutan amonium nitrat hingga 95% berat menggunakan vacuum evaporator. Sisa steam dikondensasikan dan amonia diperoleh kembali dari kondensat dan dikembalikan ke reaktor. Pada evaporator kedua, konsentrasi dapat dinaikkan menjadi 98 99% menggunakan steam tambahan. Suhu untuk larutan amonium nitrat dijaga 180 C, baik saat netralisasi maupun evaporasi (Ulmann s, 1987). 3) Proses Norsk Hydro Pressure Tekanan reaktor antara 4,5 bar, suhu C, kondisi tersebut menghasilkan konsentrasi amonium nitrat sebesar 70 80%. Forced circulation dan thermal siphon mempengaruhi sirkulasi larutan dalam reaktor. Sebagian panas reaksi digunakan untuk menghasilkan steam murni dalam external boiler, sebagian air yang teruapkan dalam reaktor, menghasilkan steam, yang digunakan untuk memekatkan larutan amonium nitrat hingga 95%. Pemekatan konsentrasi larutan amonium nitrat menjadi 99,5% dilakukan dengan steam pada vacuum evaporator (Ulmann s, 1987). Pada dasarnya semua proses yang telah ada untuk pembentukan amonium nitrat kering terdiri dari empat tahap dasar, yaitu 1) Netralisasi asam nitrat dengan ammonia anhydrous (amonia tanpa air) untuk menghasilkan larutan amonium nitrat cair. 2) Pemekatan larutan amonium nitrat. 3) Pembentukan amonium nitrat padat. 4) Pelapisan padatan amonium nitrat. Bab I Pendahuluan

19 9 Dari uraian proses di atas, maka dapat diperoleh perbedaan-perbedaan sebagai berikut : Tabel 1.3 Uraian Beberapa Proses Pembuatan Amonium Nitrat Uraian Proses UCB (Union Proses Proses Norsk Chimique-Chemische Stamicarbon Hydro Pressure Bedrijven) Tekanan 0,98-3,92 bar 4 bar 4,5 bar Suhu C 178 C C Konsentrasi HNO 3 yang % 60% 60% digunakan Konsentrasi NH 4 NO 3 yang dihasilkan % 78% 70-80% Pembentukan Pembentukan Penggunaan Pembentukan steam steam secara steam di external panas reaksi dengan heat exchanger langsung dengan boiler dan yang di dalam reaktor menguapkan air menguapkan air di dihasilkan di dalam reaktor dalam reaktor Steam yang Tercampur Tidak tercampur Tercampur amonia dihasilkan dari amonia dan asam amonia dan asam nitrat dan asam nitrat reaktor nitrat Pemekatan larutan Dengan vacuum Dengan vacuum NH 4 NO 3 yang Dengan evaporator evaporator evaporator dihasilkan reaktor Dari perbandingan proses proses di atas, kami memilih proses UCB (Union Chimique-Chemische Bedrijven). Bab I Pendahuluan

20 Alasan Pemilihan Proses Proses UCB mempunyai kelebihan sebagai berikut : 1) Proses dan peralatannya lebih sederhana. Pada proses Stamicarbon diperlukan kondenser untuk mengembunkan uap keluaran reaktor dan juga ammonia scrubber untuk memisahakan amonia dari uap keluaran reaktor. Dan pada proses Norsk Hydro Pressure diperlukan pemisah antara uap dan cairan keluaran reaktor. Sedangkan pada proses UCB tidak terjadi penguapan didalam reaktor sehingga keluaran reaktor langsung terpisah antara ammonia sisa dan produk keluaran reaktornya. 2) Panas reaksi yang dihasilkan dapat digunakan secara maksimal, yaitu dapat menghasilkan process steam (steam yang tercampur cairan reaksi) dari penguapan larutan asam nitrat, serta menghasilkan steam murni (steam yang tidak tercampur cairan lain) yang diperoleh dari heat exchanger di dalam reaktor. 3) Suhu dan tekanan operasi reaktor yang digunakan lebih rendah sehingga resiko terjadinya dekomposisi asam nitrat maupun amonium nitrat lebih rendah. Pada proses UCB ini reaktor terdiri dari central chamber dan secondary chamber. Amonia anhidrous dan asam nitrat dengan konsentrasi 63% berat dimasukkan ke reaktor lewat bagian bawah central chamber. Reaktan bereaksi membentuk amonium nitrat dan melepaskan panas selama naik dalam central chamber. Karena kolom hidrostatik dan karena penukaran panas yang terjadi dengan cepat di dalam reaktor, absorpsi asam nitrat dan amonia dalam larutan Bab I Pendahuluan

21 11 amonium nitrat terjadi sempurna dan tanpa terjadi pendidihan di bagian atas central chamber. Larutan amonium nitrat turun melewati pipa pendingin yang berada di secondary chamber mengalami pendinginan dengan penghilangan panas reaksi secara keseluruhan sehingga menguapkan air di dalam heat exchanger reaktor. Larutan amonium nitrat yang telah dingin dialirkan keluar reaktor melalui bawah heat exchanger reaktor. Larutan amonium nitrat yang meninggalkan reaktor mengalir ke evaporator. Di dalam evaporator diperoleh larutan amonium nitrat dengan konsentrasi minimal 95% berat dan uap air yang terkontaminasi bisa digunakan untuk pemanasan awal reaktan sebelum masuk reaktor atau dikondensasikan dan digunakan airnya. (Sumber: Patent No.CA752294) Kegunaan Produk Kegunaan dari amonuim nitrat adalah sebagai berikut (Patnaik, 2003) : Bahan baku pembuatan bahan peledak yang digunakan baik untuk pertambangan maupun militer. Amonium nitrat itu sendiri atau dicampur dengan minyak bakar (Amonium Nitrat Fuel Oil/ANFO), atau dicampur dengan serbuk alumunium atau bahan mengandung karbon. Bahan baku pembuatan pupuk baik yang langsung digunakan atau yang dicampur dengan bahan lain seperti kalsium fosfat atau kalsium karbonat (kandungan nitrogen sekitar 35%). Keuntungan dari bahan ini adalah menyediakan baik nitrat maupun amonia tanpa mengubah ph. Bahan baku untuk pembius / farmasi (gas Nitrous Oksida, N 2 O). Bab I Pendahuluan

22 12 Komponen dari campuran pendingin karena dissolution bersifat endotermis Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku a. Amonia Sifat Fisis (Perry, 1997) : Berat molekul : 17,03 gram/mol Warna/kenampakan : tidak berwarna Titik cair : -77,7 C Titik didih : -33,4 C Spesific gravity : 0,817 (-79 C) : 0,5971 (fase gas) Kelarutan dalam 100 bagian volume Cold water (0 o C) : 89,9 Hot water (96 o C) : 7,4 Sifat Kimia (Patnaik, 2003) : Terdekomposisi pada 450 C 2NH 3 3H 2 + N 2 Amonia bereaksi dengan logam alkali membentuk amida dan hidrogen. 2NH 3 + 2Na commit 2NaNHto 2 + user H 2 Bab I Pendahuluan

23 13 Bereaksi dengan magnesium membentuk magnesium nitrida membebaskan H 2. 2 NH 3 + 3Mg Mg 3 N 2 + 3H 2 Chloramine terbentuk saat klorin dilewatkan amonia cair, bereaksi lebih lanjut dengan amonia membentuk hidrazin. NH 2 Cl + NH 3 N 2 H 4 + HCl Bereaksi dengan klorin atau bromin membentuk amonium klorida atau amonium bromida. 8NH 3 + 3Cl 2 N 2 + 6NH 4 Cl Bereaksi dengan sulfur menghasilkan nitrogen sulfida dan hydrogen sulfida. 4NH 3(l) + 10S N 4 S 4 + 6H 2 S Gas amonia dan uap sulfur bereaksi membentuk amonium sulfida dan nitrogen. 8NH 3 + 3S 3(NH 4 )2S + N 2 Dipanaskan dengan oksigen membentuk nitrogen dan air. 4NH O 2 2 N H 2 O b. Asam Nitrat Sifat Fisis (Perry, 1997) : Berat molekul : 63,02 gram/mol Titik cair : -42 C Titik didih commit : 86 to C user Bab I Pendahuluan

24 14 Spesific gravity : 1,502 Sangat larut dalam air. Sifat Kimia : Menurut Kirk Othmer, 1991, sifat kimia asam nitrat adalah : Teroksidasi dengan reaksi : 4 HNO e - 2 NO H 2 O + 2 NO 2 8 HNO e - 6 NO H 2 O + 2 NO Mengoksidasi sikloheksanol dan sikloheksanon menghasilkan asam adipat. 3C 6 H 11 OH + 3C 6 H 10 O + 14HNO 3 6HOOC(CH 2 ) 4 COOH + 14NO + 10H 2 O Menurut Patnaik, 2003, sifat kimia asam nitrat adalah : Bereaksi dengan zink dan magnesium menghasilkan logam nitrat, nitrogen oksida dan hidrogen. 4Zn + 10HNO 3 4Zn(NO 3 ) 2 + N 2 O + 5H 2 O 4 Mg + 10HNO 3 4Mg(NO 3 ) 2 + N 2 O + 5H 2 O Bereaksi dengan sulfur menghasilkan asam sulfat. 2HNO 3 + S H 2 SO 4 + 2NO Terdekomposisi saat dipanaskan diatas titik didihnya atau terkena cahaya. 4HNO 3 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 Reaksi nitrasi menghasilkan nitrobenzene, nitrotoluen, nitrogliserin, nitroselulosa, trinitrotoluene, nitrofenol dan nitroparafin. Bab I Pendahuluan

25 15 HNO 3 + C 6 H 6 C 6 H 5 NO 2 + H 2 O HNO 3 + C 3 H 8 C 3 H 7 NO 2 + H 2 O Produk Amonium Nitrat Sifat Fisik (Patnaik, 2003) : Berat molekul : 80,05 gram/mol Spesific gravity : 1,725 ( 20 C ) Titik leleh : 169,6 C Sangat larut dalam air. Kelarutan dalam 100 gram air : 0 C : 118 g 20 C : 150 g 30 C : 297 g Sifat Kimia (Patnaik, 2003) : Amonium nitrat adalah bahan pengoksidasi pada fase cair. Direduksi oleh beberapa logam pada temperatur lingkungan, misal tembaga (spongy copper) akan mereduksi amonium nitrat menjadi amonium nitrit. Cu + NH 4 NO 3 NH 4 NO 2 + CuO Reaksi dekomposisi termal, terjadi pada suhu ⁰C. NH 4 NO 3 (l) N 2 O (g) + 2 H 2 O (g) Bab I Pendahuluan

26 16 Pada suhu lebih dari 260 ⁰C atau saat padatan terguncang hebat, dekomposisi dengan reaksi : NH 4 NO 3 N H 2 O + ½ O Tinjauan Proses Secara Umum Pembuatan amonium nitrat, merupakan proses netralisasi yang merupakan reaksi antara asam nitrat dan amonia, membentuk amonium nitrat sebagai garamnya. Reaksi netralisasi ini berlangsung pada reaktor gelembung (bubble reactor), dimana reaksi terjadi karena adanya transfer massa antara asam nitrat dengan amonia membentuk amonium nitrat. Reaksi netralisasi ini bersifat sangat eksotermis yang menghasilkan panas dalam jumlah besar. Panas reaksi digunakan untuk pemanasan awal bahan baku. Pemanasan awal dimaksudkan untuk mempercepat terjadinya reaksi, membuat larutan asam nitrat menjadi cair jenuh dan memperoleh produk berupa lelehan. Adapun tujuan produk berupa lelehan dari reaktor untuk mengurangi resiko peledakan. Lelehan kemudian ditransfer ke atas prilling tower untuk dibentuk menjadi prill (padatan berbentuk bulat). Produk keluar kemudian diayak dan selanjutnya dilakukan pelapisan untuk mencegah penggumpalan produk. Setelah produk mengalami proses pelapisan kemudian dibawa menuju unit pengepakan. Bab I Pendahuluan

27 17 HNO 3 H 2 O NH 3 H 2 O NH 4 NO 3 HNO 3 H 2 O Evaporator NH 4 NO 3 H 2 O Udara H 2 O Reaktor NH 4 NO 3 H 2 O Prilling Tower Clay NH 3 H 2 O HNO 3 H 2 O Mixing Tank NH 4 NO 3 H 2 O Udara H 2 O NH 4 NO 3 H 2 O Screen NH 4 NO 3 H 2 O Coating drum NH 4 NO 3 H 2 O Clay Gambar 1.3. Blok Diagram Pembuatan Amonium Nitrat dengan Proses UCB Bab I Pendahuluan

28 18 BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Spesifikasi Bahan Baku a. Amonia (sumber : PT Pupuk Kujang Cikampek) Wujud : cair jenuh (30 C; 12 atm) Kenampakkan / warna : tidak berwarna Bau : tajam khas Amonia Massa jenis : 0,596 gr/cm 3 Kemurnian, minimum : 99,5% berat Impuritas; maksimum : kadar air 0,5 % berat b. Asam Nitrat (sumber : PT Multi Nitrotama Kimia Cikampek) Wujud : cair Kenampakkan / warna : tidak berwarna Massa jenis : 1,1106 gr/ cm 3 Kemurnian, minimum : HNO 3 60 % berat Impuritas; maksimum : kadar air 40 % berat Bab II Deskripsi Proses 18

29 Spesifikasi Bahan Pembantu Clay (sumber : Modern Chemical Processes) Wujud : padatan Kenampakan / warna : serbuk / putih Massa jenis : 42,3 lb/ft 3 Komposisi : - SiO 2 = 91% - Al 2 O 3 = 4,6% - Fe 2 O 3 = 1,9% - CaO = 1,4% - MgO = 0,4% - Undetermined = 0,7% Ukuran : 2 40 mikron Spesifikasi Produk Amonium Nitrat (sumber : Wujud : padatan Kenampakan / warna : prill / putih Ukuran partikel prill : 0,5 2,5 mm Massa jenis prill : 0,84 gram/cm 3 Kemurnian, minimum : NH 4 NO 3 99% berat H 2 O dan clay 1% berat Bab II Deskripsi Proses

30 Konsep Proses Dasar Reaksi Pembentukan amonium nitrat merupakan reaksi heterogen fasa gas cair tanpa katalis didasarkan pada konsep reaksi netralisasi yaitu asam dan basa, dalam hal ini yang terjadi adalah reaksi antara asam kuat dan basa lemah. Reaksi untuk proses netralisasi ini adalah sebagai berikut : HNO 3 (l) + NH 3 (g) NH 4 NO 3 (s) Mekanisme Reaksi Mekanisme reaksi yang terjadi adalah (Levenspiel, 1984) : a. HNO 3 dalam keadaan larutan akan berbentuk ion-ionnya. HNO 3 H NO 3 b. Ion positif akan menyerang elektron bebas yang dipunyai oleh amonia, membentuk ion amonium. NH 3 + H + + NH 4 c. Ion amonium yang reaktif dan bermuatan positif akan bergabung dengan ion nitrat yang bermuatan negatif, membentuk amonium nitrat. NH NO 3 - NH 4 NO 3 Reaksi di atas merupakan reaksi netralisasi yang umumnya berlangsung sangat cepat, sehingga reaksi antara gas amonia dan cairan asam nitrat kecepatan reaksinya ditentukan oleh kecepatan difusi gas amonia melalui lapisan gas ke interface, batas antara lapisan gas dan larutan. Bab II Deskripsi Proses

31 Kondisi Operasi Reaksi netralisasi terjadi pada reaktor bertekanan 3,9 atm dan dijaga pada suhu 145 ºC. Umpan cairan masuk pada suhu 100 ºC dn umpan gas masuk pada suhu 64,4 ºC. Umpan gas masuk reaktor dibuat berlebih 10% dan sisanya dialirkan kembali ke reaktor Reaksi Reaksi pembuatan amonium nitrat adalah reaksi eksotermis. Hal ini dapat dibuktikan dari perhitungan berikut : Data (Perry,1997) : H 298 NH 4 NO 3 (c) H 298 HNO 3 (l) H 298 NH 3 (g) = -87,40 kkal/mol = ,52 J/mol = -41,35 kkal/mol = -9845,24 J/mol = -10,96 kkal/mol = -2609,52 J/mol H R = H 298 produk - H 298 reaktan..(2.1) = H 298 NH 4 NO 3 (H 298 HNO 3 + H 298 NH 3 ) = ,52 J/mol (-9845,24 J/mol + (-2609,52 J/mol)) = -8354,76 J/mol Dari perhitungan diatas terbukti bahwa reaksi pembentukan amonium nitrat mempunyai harga H negatif yang berarti reaksi ini adalah eksotermis (menghasilkan panas). Bab II Deskripsi Proses

32 Tinjauan Termodinamika dan Kinetika Tinjauan Termodinamika Reaksi pembentukan amonium nitrat berlangsung searah (irreversible). Keadaan demikian dapat ditinjau dari harga kesetimbangan. Data (Yaws, 1999) : G 298 NH 3 = -16,40 kj/mol = J/mol G 298 HNO 3 = -74,70 kj/mol = J/mol G 298 NH 4 NO 3 = -183,84 kj/mol = J/mol G 298 = G NH 4 NO 3 (G HNO 3 + G NH 3 )...(2.2) = J/mol ( J/mol + ( J/mol)) = J/mol Dari perhitungan diatas terbukti bahwa reaksi pembentukan amonium nitrat mempunyai harga G negatif yang berarti reaksi dapat berlangsung. G 298 = - RT ln K...(2.3) J/mol = -8,314 J/mol.K x 298 K x ln K ln K 298 = 37,4318 K 298 = 1,8048 x Reaksi : HNO 3 (l) + NH 3 (g) NH 4 NO 3 (s) H = = -8354,76 J/mol Suhu operasi = 145 C = 418 K Bab II Deskripsi Proses

33 23 K ln K 0 H R 1 x T1 T (2.4) K ln K K ln K ,76 8,314 0,968 x K K 1 0 K 0, ,8048 x 10 K 1 = 6,85 x ,3798 Karena konstanta kesetimbangan reaksi bernilai sangat besar, maka reaksi berjalan searah (ireversible) ke arah kanan Tinjauan Kinetika T=145 ; P=3,9 atm HNO 3(l) +NH 3(g) NH4 NO 3(s) Reaksi di atas merupakan reaksi netralisasi yang umumnya berlangsung sangat cepat. Hal ini dapat diketahui dari harga parameter film conversion (pers. 25, hal. 418, Levenspiel). M H 2 = konversi maksimum dalam lapisan film perpindahan massa secara difusi dalam lapisan film 2 B M H = k.c. D A L.. (2.5) K AL Bab II Deskripsi Proses

34 24 dengan : M H k : Parameter film conversion : Koefisien kecepatan reaksi (m 3 /kmol.s) C B : Konsentrasi zat B (kmol/m 3 ) D AL k AL : Difusivitas gas A dalam campuran (m 2 /s) : Koefisien transfer massa gas A dalam larutan (m/s) Jika: M H > 2 : difusi merupakan faktor yang paling berpengaruh 0,02 M H 2 : difusi dan reaksi kimia sama-sama berpengaruh M H < 0,02 : reaksi kimia merupakan faktor yang paling berpengaruh Harga konstanta kecepatan reaksi (k) pada reaksi netralisasi asam nitrat dan amonia adalah sebagai berikut (Uhde GmbH, 1989) : k = 9,33 x e /RT L/mol.s Dari persamaan tersebut dapat dilihat jika suhu dinaikkan maka harga k juga naik, begitu sebaliknya jika suhu diturunkan maka harga k akan mengecil. Untuk suhu 145 C harga k = 68,6 L/mol.s. 68,6 11,0641 9, M H = 6 1, = 2,413 Karena M H > 2 maka yang berpengaruh dalam film adalah kecepatan transfer massa. Karena reaksinya berlangsung sangat cepat maka dapat diambil kesimpulan bahwa reaksi antara gas amonia dengan larutan asam nitrat hanya dipengaruhi oleh kecepatan perpindahan massa. Bab II Deskripsi Proses

35 25 Contoh desain untuk multiphase flow reactor dengan kondisi fase gas pada plug flow dan fase cairan pada completely mixed, seperti yang terdapat pada Froment (1990) bahwa persamaan kontinuitas untuk A (fase gas) adalah: - F p t dp A dv = N A...(2.6) - F p t dp A = N A A v 1 ε Ωdz (2.7) - F p t p A in p A out = N A A v 1 ε Ωz...(2.8) Dengan : F P t p A N A = laju alir umpan = tekanan total = tekanan parsial fase gas = kecepatan absorpsi molar A v (1-) = interfacial area (ag) Ω z = luas penampang reaktor = tinggi reaktor Sesuai dengan Froment (1990), kecepatan absorpsi molar fase gas ke dalam cairan untuk reaksi yang tunggal, instan dan searah dapat ditulis dengan persamaan berikut: N A = k AL C A 1 + a D B C B b D A C A.(2.9) dengan N A k AL = kecepatan absorpsi molar per interfacial area gas-cairan (kmol/m 2.s) = koefisien transfer massa gas di fase cair (m 3 /m 2.s) Bab II Deskripsi Proses

36 26 C A = konsentrasi gas (kmol/m 3 ) a,b D B D A = koefisien reaksi masing-masing untuk cairan dan gas = difusivitas molekular cairan di film cairan (m 2 /s) = difusivitas molekular gas di film cairan (m 2 /s) C B = konsentrasi molar cairan (kmol/m 3 ) 2.3 Langkah Proses Diagram Alir Proses Diagram alir proses ada tiga macam, yaitu : 1. Diagram alir kualitatif dapat dilihat pada Gambar Diagram alir kuantitatif dapat dilihat pada Gambar Diagram alir proses dapat dilihat pada Gambar 2.3 Bab II Deskripsi Proses

37 18 1 3,9 145 NH 3 H 2 O NH 4 NO 3 HNO 3 H 2 O 3, ,5 HNO 3 H 2 O Evaporator 1,1 110,8 NH 4 NO 3 H 2 O 90 Udara H 2 O NH 3 H 2 O 64,4 Reaktor HNO 3 H 2 O 4,6 100 NH 4 NO 3 H 2 O Mixing Tank 1 113,5 NH 4 NO 3 H 2 O Udara H 2 O Prilling Tower 1 52,2 NH 4 NO 3 H 2 O Screen NH 4 NO 3 H 2 O 1 Clay Coating drum 1 42 NH 4 NO 3 H 2 O Clay 4,8 Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif Proses Pembentukan Amonium Nitrat dengan Proses UCB Bab II Deskripsi Proses

38 19 HNO 3 H 2 O 58,14 kg 3037,78 kg 3095,92 kg NH 4 NO ,40 kg H 2 O 386,36 kg 8002,76 kg Udara 18906,29 kg H 2 O 529,38 kg 19435,67 kg NH 3 155,55 kg H 2 O 0,78 kg 156,33 kg NH 4 NO ,74 kg HNO 3 58,14 kg H 2 O 3422,61 kg 10792,49 kg Evaporator Reaktor NH 4 NO ,74 kg H 2 O 384,83 kg 7696,57 kg Prilling Tower Clay 227,27 NH ,51 kg H 2 O 7,82 kg 1563,33 kg Mixing Tank Udara 18906,29 kg H 2 O 877,46 kg 19435,65 kg NH 4 NO ,40 kg H 2 O 38,27 kg 7654,67 kg Screen NH 4 NO ,74 kg H 2 O 36,74 kg 7348,48 kg Coating drum NH 4 NO ,74 kg H 2 O 36,74 kg Clay 227,27 kg 7575,76 kg HNO 3 H 2 O 5814,37 kg 3414,79 kg 9229,16 kg NH 4 NO 3 304,66 kg H 2 O 1,53 kg 306,59 kg Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif Proses Pembentukan Amonium Nitrat dengan Proses UCB 28 Bab II Deskripsi Proses

39 Tahapan Proses Proses pembuatan amonium nitrat dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu : 1. Tahap persiapan bahan baku 2. Tahap pembentukan produk 3. Tahap pembutiran produk Tahap Persiapan Bahan Baku a. Pengumpanan Amonia Ammonia anhydrous yang berwujud cair jenuh dengan kemurnian 99,5% berat disimpan pada kondisi suhu 30 C dan tekanan 12 atm di dalam tangki penyimpanan amonia (T-02). Dari tangki penyimpanan, ammonia berwujud cair tersebut dialirkan ke expansion valve (V-01) untuk diturunkan tekanannya dari 12 atm menjadi 4,8 atm. Dengan penurunan tekanan tersebut, suhu juga turun dari 30 C menjadi 19 C dan amonia berubah fase dari cair jenuh menjadi gas karena penurunan tekanan yang signifikan. Gas ammonia yang keluar dari expansion valve tersebut diberi panas pendahuluan dengan dilewatkan pada heat exchanger (HE-02) untuk menaikkan suhu gas ammonia dari 19 C hingga suhu 56 C untuk dicampur dengan recycle reaktor dan diumpankan ke reaktor (R-01). b. Pengumpanan Asam Nitrat Asam nitrat yang berwujud cair dengan kemurnian 63% berat disimpan dalam tangki penyimpanan (T-01) pada kondisi 30 C dan tekanan 1 atm. Dari Bab II Deskripsi Proses

40 31 tangki penyimpanan, larutan asam nitrat tersebut dipompa hingga tekanannya naik menjadi 4,6 atm, kemudian dilewatkan menuju ke heat exchanger (HE- 01) untuk menaikkan suhunya dari 30 C menjadi 100 C, kemudian diumpankan ke reaktor (R-01) Tahap Pembentukan Produk Tahap pembentukan produk ini bertujuan untuk mereaksikan amonia dan asam nitrat membentuk produk amonium nitrat. Amonia dari heat exchanger (HE- 02) diumpankan ke bagian bawah reaktor. Sedangkan larutan asam nitrat dari heat exchanger (HE-01) dimasukkan ke dalam reaktor melalui pipa berlubang. Reaktan tersebut direaksikan pada reaktor (R-01) tipe bubbling reactor yang dilengkapi dengan pipa-pipa pendingin yang akan mengubah air pendingin menjadi steam. Larutan amonium nitrat yang keluar dari reaktor pada suhu 145 C masuk ke evaporator (EV-01) untuk memisahkan uap air yang terkandung dalam lelehan amonium nitrat, sehingga kandungan airnya menjadi 0,5%. Uap panas yang keluar dari evaporator ini digunakan untuk memanaskan reaktan asam nitrat sebelum masuk reaktor Tahap Pembutiran Produk Tahap pembutiran produk ini bertujuan untuk membentuk butiran prill amonium nitrat dengan bantuan udara yang dihembuskan dari bawah prilling tower (PT-01). Bab II Deskripsi Proses

41 32 Lelehan amonium nitrat yang keluar dari evaporator (EV-01) diumpankan menuju ke mixing tank (M-01) untuk dicampur dengan amonium nitrat hasil recycle dari screen (S-01). Kemudian hasil keluaran mixing tank diumpankan ke bagian atas prilling tower (PT-01) untuk dibentuk prill amonium nitrat. Di dalam prilling tower ini, umpan lelehan amonium nitrat didistribusikan secara merata oleh spary nozzle hingga terbentuk droplet yang kemudian jatuh ke bawah. Droplet ini akan membeku menjadi prill dengan bantuan udara yang dihembuskan dari bagian bawah prilling tower dengan menggunakan blower. Prill amonium nitrat yang terbentuk diumpankan menuju ke screen (S-01) untuk memperoleh ukuran produk amonium nitrat yang diinginkan, sedangkan produk yang tidak memenuhi spesifikasi direcycle kembali menggunakan belt conveyor (B-02) menuju ke mixing tank (M-01). Prill amonium nitrat yang memenuhi spesifikasi dialirkan ke hopper (H-01) dengan menggunakan screw conveyor (SC-01) dan bucket elevator (BE-02). Kemudian prill amonium nitrat tersebut diumpankan ke coating drum (CD-01) untuk dilapisi dengan clay sehingga tidak terjadi penggumpalan pada saat disimpan. Setelah prill dilapisi, kemudian diangkut dengan menggunakan belt conveyor (B-01) dan dialirkan dengan bucket elevator (BE-01) menuju ke silo produk (SL-01). Bab II Deskripsi Proses

42 Neraca Massa dan Neraca Panas Neraca Massa Produk Kapasitas Basis perhitungan Waktu operasi selama 1 tahun Waktu operasi selama 1 hari : Amonium nitrat : ton/tahun : 1 jam operasi : 330 hari : 24 jam Neraca Massa Total Tabel 2.1 Neraca Massa Total Input (kg/jam) Output (kg/jam) Komponen Arus 1 Arus 2 Arus 7 Arus 12 Arus 4 Arus 8 Arus 13 HNO , , NH , H 2 O 3414,7894 7, , , , ,7425 NH 4 NO ,7424 Udara , , Clay , , , , , , , , ,7576 Total 30455, ,4311 Bab II Deskripsi Proses

43 Neraca Massa Alat 1. Reaktor, R-01 Tabel 2.2 Neraca Massa pada Reaktor, R-01 Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 1 Arus 2 Arus 3 NH ,51 - HNO ,37-58,14 H 2 O 3.414,79 7, ,61 NH 4 NO , , , ,49 Total , ,49 2. Evaporator, EV-01 Tabel 2.3 Neraca Massa pada Evaporator, EV-01 Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 3 Arus 4 Arus 5 HNO 3 58,14 58,14 - H 2 O 3.422, ,78 384,83 NH 4 NO , , , , ,57 Total , ,49 3. Mixing Tank, M-01 Tabel 2.4 Neraca Massa pada Mixing Tank, M-01 Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 5 Arus 11 Arus 6 H 2 O dalam 384,83 1,53 386,36 Amonium NItrat NH 4 NO ,74 304, , ,57 306, ,76 Total 8.002, ,76 Bab II Deskripsi Proses

44 35 4. Prilling Tower, PT-01 Tabel 2.5 Neraca Massa pada Prilling Tower, PT-01 Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 6 Arus 8 Arus 9 H 2 O 386,34 348, ,40 NH 4 NO ,40-38, , ,67 Total 8.002, ,76 5. Screen, S-01 Tabel 2.6 Neraca Massa pada Screen, S-01 Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 9 Arus 10 Arus 11 H 2 O 38,27 36,74 1,53 NH 4 NO , ,74 304, , ,48 306,19 Total 7.654, ,67 6. Coating Drum, CD-01 Tabel 2.7 Neraca Massa pada Coating Drum, CD-01 Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam) Arus 10 Arus 12 Arus 13 H 2 O 36,74-36,74 NH 4 NO , ,74 Clay - 227,27 227, , ,75 Total 7.575, ,75 Bab II Deskripsi Proses

45 Neraca Panas 1. Reaktor, R-01 Tabel 2.8 Neraca Panas pada Reaktor, R-01 Komponen Panas Masuk (kj/jam) Panas Keluar (kj/jam) Panas Arus ,5200 Panas Arus ,7976 Panas reaksi ,3882 Panas Panas Arus ,0064 Panas diterima ,6994 pendingin Total , , Evaporator, EV-01 Tabel 2.9 Neraca Panas pada Evaporator, EV-01 Komponen Panas Masuk (kj/jam) Panas Keluar (kj/jam) Arus 3 Arus 4 Panas Arus , Panas Arus ,3892 Panas Arus ,9480 Entalpi penguapan ,8964 Steam masuk , Total , ,2336 Bab II Deskripsi Proses

46 37 3. Mixing Tank, M-01 Tabel 2.10 Neraca Panas pada Mixing Tank, M-01 Komponen Panas Masuk (kj/jam) Panas Keluar (kj/jam) Arus 5 Arus 11 Arus 6 H 2 O ,10 96,11 - NH 4 NO , , , , , ,37 Total , ,87 4. Prilling Tower, PT-01 Tabel 2.11 Neraca Panas pada Prilling Tower, PT-01 Komponen Panas masuk (kj/jam) Panas keluar (kj/jam) Panas Arus , Panas Pembekuan 34926,0152 Panas Arus ,7026 Panas yang diserap ,1533 udara Total , , Heat Exchanger, HE-01 Tabel 2.12 Neraca Panas pada Heat Exchanger, HE-01 Komponen Panas masuk (kj/jam) Panas keluar (kj/jam) Arus 3 Arus 1 HNO , ,5126 H 2 O , ,0007 NH 4 NO , Total , ,5133 Bab II Deskripsi Proses

47 38 6. Heat Exchanger, HE-02 Tabel 2.13 Neraca Panas pada Heat Exchanger, HE-02 Komponen Panas masuk (kj/jam) Panas keluar (kj/jam) NH 3 Arus ,2186 H 2 O Arus 2-381,8677 HNO 3 Arus 4 477, H 2 O Arus , Panas pengembunan 8373,4022 Arus 4 - Total 87119, ,0863 Bab II Deskripsi Proses

48 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses Lay Out Pabrik Tata letak pabrik adalah kedudukan dari bagian pabrik yang terdiri dari tempat karyawan bekerja, tempat peralatan, tempat penyimpanan bahan baku, tempat penyimpanan produk baik itu produk utama maupun produk samping, ditinjau dari segi hubungan satu dengan yang lainnya. Tata letak pabrik harus dirancang sedemikian rupa sehingga penggunaan area yang tersedia dapat efisien dan proses produksinya dapat berjalan dengan lancar. Jadi dalam penentuan tata letak pabrik harus dipikirkan penempatan alatalat produksi sehingga keamanan, keselamatan dan kenyamanan bagi karyawan dapat dipenuhi. Hal-hal yang harus diperhatikan dalam perencanaan tata letak pabrik adalah: 1. Perluasan pabrik dan kemungkinan penambahan bangunan Perluasan pabrik harus sudah direncanakan sejak awal sehingga masalah kebutuhan akan tempat tidak akan timbul di masa depannya. Area yang khusus harus dipersiapkan untuk dipakai tempat perluasan pabrik, penambahan peralatan untuk menambah kapasitas, maupun pengolahan produk. 2. Keamanan Penentuan tata letak pabrik harus memperhatikan masalah keamanan, sehingga apabila terjadi hal-hal seperti kebakaran, ledakan, kebocoran gas/asap beracun dapat ditanggulangi secara tepat. Oleh karena itu ditempatkan alat-alat pengamanan seperti hidrant, penampungan air yang Bab II Deskripsi Proses

49 40 cukup, alat penahan ledakan dan alat sensor untuk gas beracun. Tangki penyimpanan bahan baku atau produk yang berbahaya diletakkan pada tempat khusus sehingga dapat dikontrol dengan baik. 3. Luasan area yang tersedia Pemakaian tempat harus disesuaikan dengan area yang tersedia apabila harga tanah cukup tinggi maka pemakaian lahan haruslah efisien. 4. Instansi dan utilitas Pemasangan dan distribusi yang baik dari gas, steam, dan listrik serta utilitas lainnya akan membantu proses produksi dan perawatannya. Penempatan alatalat kantor diatur sedemikian rupa agar karyawan mudah mencapainya dan dapat menjamin kelancaran operasi serta memudahkan perawatannya. 5. Area pengolahan limbah Pabrik harus memperhatikan aspek sosial dan ikut menjaga kelestarian lingkungan, yaitu dengan memperhatikan masalah pembuangan limbah hasil produksinya. Batas maksimal kandungan komponen berbahaya pada limbah harus diperhatikan dengan baik. Untuk itu penambahan fasilitas pengolahan limbah sangat diperlukan, sehingga buangan limbah tersebut tidak berbahaya bagi komunitas yang ada di sekitarnya. 6. Jarak yang tersedia dan jarak yang dibutuhkan Alat-alat proses perlu diletakkan pada jarak yang teratur dan nyaman sesuai dengan karakteristik alat dan bahan sehingga kemungkinan bahaya kecelakaan dapat dihindarkan. Sebagian besar gerakan bahan cairan dan gas di plant menggunakan piping dan harus memperhatikan regulasi yang tepat Bab II Deskripsi Proses

50 41 dalam desain. Letak alat proses diusahakan tidak terlalu dekat atau terlalu jauh untuk mempermudah pengangkutan dan perbaikan. Secara umum, garis besar tata letak pabrik ini dibagi menjadi beberapa daerah utama (Vilbrandt, 1959), yaitu : 1. Daerah Administrasi/Perkantoran Daerah ini merupakan pusat kegiatan administrasi perusahaan yang mengatur kelancaran operasi dan kegiatan-kegiatan lainnya. Daerah ini ditempatkan di bagian depat pabrik agar kegiatan administrasi tidak mengganggu kegiatan dan keamanan pabrik serta harus terletak jauh dari area proses yang berbahaya. 2. Daerah Fasilitas Umum Merupakan daerah penunjang segala aktivitas pabrik dalam pemenuhan kepentingan pekerja, seperti tempat parkir, tempat ibadah, kantin dan pos keamanan. 3. Daerah Proses Merupakan pusat proses produksi di mana alat-alat proses dan pengendali proses ditempatkan. Daerah proses ini terletak di bagian tengah pabrik yang lokasinya tidak mengganggu. Letak aliran proses direncanakan sedemikian rupa sehingga memudahkan pemindahan bahan baku dari tangki penyimpanan dan pengiriman produk ke daerah penyimpanan serta memudahkan pengawasan dan pemeliharaan terhadap alat-alat proses. Bab II Deskripsi Proses

51 42 4. Daerah Laboratorium dan Ruang Kontrol Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendali proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang akan dijual. Daerah laboratorium merupakan pusat kontrol kualitas bahan baku, produk dan limbah proses, sedangkan daerah ruang kontrol merupakan pusat kontrol berjalannya proses yang diinginkan. Laboratorium dan ruang kontrol ini diletakkan dekat daerah proses apabila terjadi sesuatu masalah di daerah proses dapat cepat teratasi. 5. Daerah Pemeliharaan Daerah pemeliharaan merupakan tempat penyimpanan suku cadang alat proses dan untuk melakukan perbaikan, pemeliharaan atau perawatan semua peralatan yang dipakai dalam proses. 6. Daerah Penyimpanan Bahan Baku dan Produk Daerah ini terdiri dari area tangki penyimpanan bahan baku dan produk yang terletak di lingkungan terbuka dan berada di dalam daerah yang dapat terjangkau oleh angkutan pembawa bahan baku dan produk. Daerah ini biasanya ditempatkan di dekat areal proses supaya suplai bahan baku proses dan penyimpanan produk lebih mudah. 7. Daerah Utilitas Daerah ini merupakan tempat untuk penyediaan keperluan yang menunjang berjalannya proses produksi berupa penyediaan air, steam, udara tekan, dan listrik. Daerah ini ditempatkan dekat dengan daerah proses agar sistem Bab II Deskripsi Proses

52 43 pemipaan lebih ekonomsi, tetapi mengingat bahaya yang dapat ditimbulkan maka jarak antara area utilitas dengan area proses harus diatur. 8. Daerah Pengolahan Limbah Merupakan daerah pembuangan dan pengolahan limbah hasil proses produksi. Bab II Deskripsi Proses

53 44 Pintu Darurat AREA UTILITAS Ruang Generator AREA PERLUASAN AREA PROSES Control Room Pemadam Kebakaran Safety WAREHOUSE Laboratorium Bengkel KANTOR Pos keamanan Mushola Kantin Polikli nik Parkir Tonton/Peti Kemas/Truk Pos Keamanan Parkir Mobil & Motor Skala = 1 : 1000 Keterangan : Taman : Arah jalan Gambar commit 2.4 Lay to user Out Pabrik Bab II Deskripsi Proses

54 Lay Out Peralatan Proses Dalam perencanaan tata letak peralatan proses pada pabrik ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan, yaitu: 1. Aliran bahan baku Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan ekonomis yang lebih besar, serta menunjang kelancaran dan keamanan produksi. 2. Aliran udara Aliran udara di dalam dan sekitar area proses perlu diperhatikan supaya lancar, hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat yang dapat menyebabkan akumulasi bahan kimia yang berbahaya, sehingga membahayakan keselamatan pekerja, di samping itu perlu diperhatikan arah hembusan angin. 3. Cahaya Penerangan seluruh pabrik harus memadai, dan pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu diberikan penerangan tambahan. 4. Lalu lintas manusia Dalam perancangan lay out peralatan proses, perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah, supaya apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki, selain itu keamanan pekerja selama menjalankan tugasnya perlu mendapatkan prioritas utama. Bab II Deskripsi Proses

55 46 5. Lalu lintas alat berat Hendaknya diperhatikan jarak antar alat dan lebar jalan agar seluruh alat proses dapat dicapai oleh pekerja dengan cepat dan mudah supaya jika terjadi gangguan alat proses dapat segeara diperbaiki. 6. Perhitungan ekonomi Dalam menempatkan alat-alat proses pada pabrik diusahakan agar dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran serta keamanan produksi, sehingga dapat menguntungkan dari segi ekonomi. 7. Jarak alat proses Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi, sebaiknya dipisahkan dari alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut tidak membahayakan alat proses lainnya. Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga : Kelancaran proses produksi dapat terjamin. Dapat mengefektifkan penggunaan luas lantai. Biaya material handling menjadi rendah dan menyebabkan turunnya pengeluaran untuk kapital yang tidak penting. Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan produktivitas kerja. Bab II Deskripsi Proses