TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METIL KLORIDA DARI METANA DAN KLORIN DENGAN PROSES THERMAL CHLORINATION KAPASITAS TON/TAHUN.

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METIL KLORIDA DARI METANA DAN KLORIN DENGAN PROSES THERMAL CHLORINATION KAPASITAS TON/TAHUN Disusun Oleh : Hayyu Henfiana I Mochammad Agung Indra Iswara I PROGRAM STUDI S1 REGULER TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012

2

3 KATA PENGANTAR Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan dengan Proses Thermal Chlorination 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. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Muljadi, M.Si selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir. 3. Ir. Endah Retno D., M.T. dan Y.C. Danarto S.T., M.T. selaku Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir. 4. Ir. Paryanto M.S. dan Bregas Siswahyono T.S., S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik. 5. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS. 6. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya. 7. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya Angkatan 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, Januari 2012 Penulis ii

4 DAFTAR ISI Halaman Judul... Kata Pengantar... Daftar Isi... Daftar Tabel... i ii iii ix Daftar Gambar... xii Intisari... xiii BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik... 1 I.2 Penentuan Kapasitas Produksi... 3 I.2.1 Kebutuhan Metil Klorida... 3 I.2.2 Ketersediaan Bahan Baku... 4 I.2.3 Kapasitas Rancang Minimum... 5 I.3 Pemilihan Lokasi Pabrik... 5 I.4 Tinjauan Pustaka... 7 I.4.1 Macam-macam Proses Pembuatan Metil Klorida... 7 I.4.2 Kegunaan Produk I.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku Sifat Fisis dan Kimia Produk I.4.4 Tinjauan Proses secara umum iii

5 BAB II DESKRIPSI PROSES II.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk II.1.1 Spesifikasi Bahan Baku II.1.2 Spesifikasi Produk II.2 Konsep Proses II.2.1 Dasar Reaksi II.2.2 Mekanisme Reaksi II.2.3 Kondisi Operasi II.2.4 Tinjauan Kinetika II.2.5 Tinjauan Termodinamika II.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses II.3.1 Diagram Alir Proses II.3.2 Uraian Proses II Penyiapan Bahan Baku II Reaksi Pembentukan Metil Klorida II Tahap Pemurnian Produk II.4 Neraca Massa dan Neraca Panas II.4.1 Neraca Massa Total II.4.2 Neraca Massa Alat II.4.3 Neraca Panas Total II.4.4 Neraca Panas Alat II.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses II.5.1 Tata Letak Pabrik iv

6 II.5.2 Tata Letak Peralatan Proses BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES III.1 Tangki Penyimpanan Bahan Baku III.2 Tangki Penyimpanan Produk III.3 Reaktor III.4 Absorber III.5 Neutralizer III.6 Separator III.7 Menara Destilasi III.8 Kondensor III.9 Reboiler III.10 Akumulator III.11 Penukar Panas III.12 Pompa BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM IV.1 Unit Pendukung Proses IV.1.1 Unit Pengadaan Air dan Pendingin Reaktor IV Air Pendingin IV Air Proses IV Air Konsumsi dan Sanitasi IV Air Umpan Boiler IV Pendingin Reaktor IV.1.2 Unit Pengadaan Udara Tekan v

7 IV.1.3 Unit Pengadaan Steam IV.1.4 Unit Pengadaan Listrik IV Listrik untuk keperluan proses dan utilitas IV Listrik untuk penerangan IV Listrik untuk AC IV Listrik untuk laboratorium dan instrumentasi.. 92 IV.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar IV.1.6 Unit Pengolah Limbah IV.1.7 Unit Refrigerasi IV.2 Laboratorium IV.2.1 Laboratorium Fisik dan Analitik IV.2.2 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan IV.2.3 Prosedur Analisa Bahan Baku dan Produk Utama IV.2.4 Prosedur Analisa Proses dan Produk Samping IV.2.5 Prosedur Analisa Air IV.3 Kesehatan dan Keselamatan Kerja BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN V.1 Bentuk Perusahaan V.2 Struktur Organisasi V.3 Tugas dan Wewenang V.3.1 Pemegang Saham V.3.2 Dewan Komisaris V.3.3 Dewan Direksi vi

8 V.3.4 Staf Ahli V.3.5 Kepala Bagian V.3.6 Kepala Seksi V.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan V.4.1 Karyawan Non Shift V.4.2 Karyawan Shift V.5 Status Karyawan dan Sistem Upah V.5.1 Karyawan Tetap V.5.2 Karyawan Harian V.5.3 Karyawan Borongan V.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji V.6.1 Penggolongan Jabatan V.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji V.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan BAB VI ANALISA EKONOMI VI.1 Penaksiran Harga Peralatan VI.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) VI.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) VI.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) VI.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost) VI.3.1 Manufacturing Cost VI Direct Manufacturing Cost (DMC) VI Indirect Manufacturing Cost (IMC) vii

9 VI Fixed Manufacturing Cost (FMC) VI.3.2 General Expense (GE) VI.4 Keuntungan Produksi VI.5 Analisa Kelayakan Daftar Pustaka... xiv Lampiran viii

10 DAFTAR TABEL Tabel I.1 Data Impor Metil Klorida Dalam Negeri... 3 Tabel I.2 Data Produsen Metil Klorida di Amerika Serikat... 5 Tabel II.1 Harga G f o masing-masing komponen Tabel II.2 Harga H f o masing-masing komponen Tabel II.3 Neraca Massa Total Tabel II.4 Neraca Massa di TEE Tabel II.5 Neraca Massa di TEE Tabel II.6 Neraca Massa Reaktor Tabel II.7 Neraca Massa Absorber Tabel II.8 Neraca Massa Neutralizer Tabel II.9 Neraca Massa Separator Tabel II.10 Neraca Massa Arus Purging Tabel II.11 Neraca Massa Menara Distilasi 1 (MD-01) Tabel II.12 Neraca Massa Menara Distilasi 2 (MD-02) Tabel II.13 Neraca Massa Menara Distilasi 3 (MD-03) Tabel II.14 Neraca Panas Total Tabel II.15 Neraca Panas di TEE Tabel II.16 Neraca Panas Reaktor Tabel II.17 Neraca Panas Absorber Tabel II.18 Neraca Panas Neutralizer Tabel II.19 Neraca Panas Separator ix

11 Tabel II.20 Neraca Panas Menara Distilasi 1 (MD-01) Tabel II.21 Neraca Panas Menara Destilasi 2 (MD-02) Tabel II.22 Neraca Panas Menara Destilasi 3 (MD-03) Tabel II.23 Neraca Panas Separator 1 (SP-01) Tabel III.1 Spesifikasi Tangki Penyimpan Bahan Baku Tabel III.2 Spesifikasi Tangki Penyimpan Produk Tabel III.3 Spesifikasi Reaktor Tabel III.4 Spesifikasi Absorber Tabel III.5 Spesifikasi Neutralizer Tabel III.6 Spesifikasi Separator Tabel III.7 Spesifikasi Separator Tabel III.8 Spesifikasi Menara Distilasi Tabel III.9 Spesifikasi Kondensor Tabel III.10 Spesifikasi Reboiler Tabel III.11 Spesifikasi Akumulator Tabel III.12 Spesifikasi Penukar Panas Tabel III.13 Spesifikasi Pompa Tabel IV.1 Kebutuhan air pendingin Tabel IV.2 Kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi Tabel IV.3 Kebutuhan listrik untuk keperluan proses dan utilitas Tabel IV.4 Jumlah Lumen berdasarkan luas bangunan Tabel IV.5 Total kebutuhan listrik pabrik Tabel V.1 Jadwal pembagian kelompok shift x

12 Tabel V.2 Perincian Jumlah Karyawan dan Gaji dalam Rupiah Tabel VI.1 Indeks Harga Alat Tabel VI.2 Modal Tetap Tabel VI.3 Modal Kerja 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 xi

13 DAFTAR GAMBAR Gambar I.1 Grafik Data Impor Metil Klorida... 4 Gambar I.2 Lokasi Pendirian Pabrik Metil Klorida... 7 Gambar II.1 Grafik Konstanta Kecepatan Reaksi Klorinasi Metana Gambar II.2 Diagram Alir Kualitatif Gambar II.3 Diagram Alir Kuantitatif Gambar II.4 Diagram Alir Proses Gambar II.5 Tata Letak Pabrik Gambar II.6 Tata Letak Peralatan Proses Gambar IV.1 Skema Pengolahan Air Tanah Gambar IV.2 Skema Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) Gambar V.1 Struktur Organisasi Pabrik Metil Klorida Gambar VI.1 Chemical Engineering Cost Index Gambar VI.2 Grafik Analisis Kelayakan xii

14 INTISARI Hayyu Henfiana dan Mochammad Agung Indra Iswara, 2012, Prarancangan Pabrik Metil Klorida dari Metana dan Klorin Kapasitas dengan Proses Thermal Chlorination Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Metil klorida banyak digunakan sebagai bahan intermediate untuk produksi fluida silikon, elastomer, dan resin. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dan luar negeri, maka dirancang pabrik metil klorida berkapasitas ton/tahun dengan bahan baku metana ,82 ton/tahun dan klorin ,80 ton/tahun. Selain itu dihasilkan produk samping berupa metilen klorida sebesar ,69 ton/tahun, kloroform sebesar ,86 ton/tahun, karbon tetraklorida sebesar ,94 ton/tahun dan asam klorida sebesar ,34 ton/tahun. Dengan memerhatikan beberapa faktor, seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, dan utilitas, maka lokasi pabrik yang cukup strategis adalah di Kawasan Industri Bontang, Kalimantan Timur. Reaksi pembuatan metil klorida dilakukan dengan mereaksikan metana dan klorin dalam Reaktor Alir Pipa (RAP) Multitube pada suhu C C dan tekanan 3 atm. Panas yang timbul dari reaksi diambil dengan Dowtherm A yang dialirkan di shell reaktor. Produk gas keluar reaktor masuk ke absorber untuk mengurangi kandungan asam klorida. Produk absorber berupa asam klorida 35% berat dijual sebagai produk samping dan produk atas masuk neutralizer untuk menghilangkan sisa HCl dengan mereaksikan dengan NaOH membentuk NaCl yang dijual sebagai produk samping. Hasil atas neutralizer masuk separator 2 untuk memisahkan metana dan klorometan. Metana direcycle ke reaktor dan klorometan dipisahkan dengan menara destilasi. Gas hasil atas Menara Destilasi 1 yaitu metil klorida 99,98% berat sebagai produk utama sedangkan hasil bawah sebagai produk samping diumpankan ke Menara Distilasi 2. Hasil atas berupa metilen klorida 99,99% berat dan hasil bawah diumpankan ke Menara Distilasi 3 untuk dimurnikan. Hasil atas berupa kloroform 99,93% berat sebagai hasil atas dan hasil bawah berupa karbon tetraklorida 99,86% berat. Peralatan proses yang ada antara lain separator, reaktor, absorber, neutralizer, menara distilasi,dan pompa. Unit pendukung proses didirikan untuk menunjang proses produksi yang terdiri dari unit pendingin reaktor penyediaan air pendingin, listrik, bahan bakar, dan unit pengolahan limbah. Laboratorium berfungsi menjaga mutu bahan baku dan kualitas produk sesuai spesifikasi. Dalam pabrik tersebut terdapat tiga buah laboratorium, yaitu laboratorium fisik; analitik; dan penelitian dan pengembangan. Bentuk perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik metil klorida diperoleh bahwa total investasi (TCI) sebesar Rp ,- dan total biaya produksi (Production Cost) Rp ,-. Dari analisa kelayakan diperoleh hasil ROI sebelum pajak 43,06% dan setelah pajak 32,31%. POT sebelum pajak 1 tahun sebesar 1,7 tahun dan setelah pajak 2,1 tahun, BEP 42,24%, SDP 17,02% dan DCF sebesar 29,18%. Dari analisa ekonomi tersebut, dapat diambil kesimpulan bahwa pendirian pabrik metil klorida dengan kapasitas ton/tahun layak dipertimbangkan commit untuk to user direalisasikan pembangunannya. xiii

15 BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Metil klorida merupakan senyawa chloromethane selain metilen klorida, kloroform dan karbon tetraklorida. Senyawa chloromethane terbentuk ketika atom hidrogen dari metana tersubtitusi oleh klorin (klorinasi metana). Apabila satu atom hidrogen terganti oleh klorin disebut senyawa metil klorida (CH 3 Cl), jika dua, metilen klorida (CH 2 Cl 2 ); tiga, kloroform (CHCl 3 ); empat, karbon tetraklorida (CCl 4 ) (Mc. Ketta, 1979). Oleh karena itu klorin yang diproduksi dunia dimana 36% digunakan untuk membuat monomer vinyl chloride juga akan lebih menguntungkan jika sebagian dijadikan bahan baku untuk membuat senyawa chloromethane, karena chloromethane lebih mempunyai harga daripada klorin. Selain itu, Indonesia adalah salah satu negara penghasil klorin, maka senyawa chloromethane seperti metil klorida layak diproduksi di dalam negeri. Metil klorida yang dihasilkan di Amerika Serikat sebanyak 92% digunakan sebagai feedstock dalam pembuatan bahan lanjutan metil klorosilane. Metil klorosilane digunakan dalam produksi fluida silikon, elastomer, dan resin, namun paling besar digunakan sebagai fluida silikon, yaitu sebagai bahan pembantu seperti agent antifoaming, agent pelepasan, dan pelumas ringan. Metil klorida juga digunakan dalam bidang kimia untuk produk konsumsi seperti kosmetik, auto polishes, pelitur furniture, dan lapisan kertas (OxyChem Technical Information, 2009). Metil klorida juga digunakan dalam sintesis berbagai senyawa, dan sebagai pengekstraks commit untuk to lemak, user minyak, dan resin. Metil klorida Bab I Pendahuluan 1

16 2 juga telah digunakan sebagai bahan pembakar dalam aerosol dan sebagai refrigerant (Spevak et al, 1976). Pabrik metil klorida dengan proses klorinasi juga layak dirancang karena termasuk minim dalam pencemaran lingkungan. Hal ini disebabkan dalam produksinya tidak ada bahan samping atau limbah yang secara langsung dihasilkan dan dibuang. Selain metil klorida akan dihasilkan juga bahan kimia lainnya seperti metilen klorida, kloroform, karbon tetraklorida, dan asam klorida yang semuanya dapat dijual. Oleh karenanya dengan mencegah kebocoran selama proses dan menjaga suhu klorinasi yang aman, maka efek buruk terhadap lingkungan dan makhluk hidup sekitar dapat dicegah. Indonesia sebagai negara berkembang, terlebih lagi memasuki era perdagangan bebas, dituntut untuk mampu bersaing dengan negara-negara lain dalam bidang industri dan sektor industri kimia memegang peranan penting untuk memajukan perindustrian di Indonesia. Perkembangan industri sangat berpengaruh pada pertumbuhan ekonomi Indonesia dalam menghadapi pasar bebas. Inovasi proses produksi maupun pembangunan pabrik baru yang menghasilkan produk bernilai ekonomis lebih tinggi semisal metil klorida sangat diperlukan untuk menambah devisa negara. Disamping itu pendirian pabrik metil klorida dapat mendorong pertumbuhan dan perkembangan industri-industri kimia lain dan akan menyerap sebagian tenaga kerja dalam negeri. Pendirian pabrik metil klorida ini dapat dirancang untuk berproduksi dengan kapasitas kurang lebih ton per tahun dan diorientasikan untuk ekspor ke luar negeri. Bab I Pendahuluan

17 3 I.2. Penentuan Kapasitas Produksi Kapasitas produksi dapat diartikan sebagai jumlah maksimal output yang dapat diproduksi dalam satuan waktu tertentu. Pabrik yang didirikan harus mempunyai kapasitas produksi yang optimal yaitu jumlah dan jenis produk yang dihasilkan harus dapat menghasilkan laba maksimal dengan biaya yang minimal. Kapasitas produksi dirancang dengan pertimbangan-pertimbangan : 1. Kebutuhan metil klorida Untuk memenuhi kebutuhan metil klorida di dalam negeri, Indonesia masih mengimpor negara lain. Data impor metil klorida dalam negeri ditunjukkan pada tabel I.1. Tabel I.1 Data Impor Metil Klorida Dalam Negeri Tahun Kapasitas (kg) (BPS Indonesia, 2010) Bab I Pendahuluan

18 y = x Kapasitas (kg) Tahun Gambar I.1 Data Impor Metil Klorida Dari gambar I.1, kebutuhan impor metil klorida di Indonesia pada tahun 2017 sebesar kg atau ton/tahun. 2. Ketersediaan bahan baku Adanya industri yang mendukung pabrik metil klorida, terutama dalam hal penyediaan bahan baku merupakan salah satu faktor yang cukup penting. Bahan baku utama yaitu klorin (Cl 2 ) tersedia di dalam negeri yaitu dapat diperoleh dari PT. Assahimas, Cilegon yang berkapasitas ton/tahun sedangkan metana (CH 4 ) diperoleh dari PT. Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur yang berkapasitas 18,5 juta ton/tahun. Bab I Pendahuluan

19 5 3. Kapasitas rancang minimum Tabel I.2 Data Produsen Metil Klorida di Amerika Serikat Pabrik Kapasitas (ton/tahun) Dow Chemical, Freeport, Tex Dow Chemical, Plaquemine, La Dow Corning, Carrollton, Ky Dow Corning, Midland, Mich GE Plastics, Waterford, N.Y Vulcan Chemicals, Geismar, La Vulcan Chemicals, Wichita, Kan (ICB Americas, 2004) Beberapa pabrik di Amerika Serikat yang memproduksi metil klorida dengan kapasitas ton/tahun ditunjukkan pada tabel I.2. Dalam perancangan pabrik metil klorida ini diambil kapasitas produksi sebesar ton /tahun yang merupakan kapasitas minimum di dunia dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri sebanyak 4% dan 96% diekspor ke luar negeri Pemilihan Lokasi Pabrik Lokasi geografis dari suatu pabrik akan berpengaruh pada kegiatan pabrik baik proses produksi maupun distribusi produk yang semuanya itu akan berpengaruh pada perkembangan dan kelangsungan hidup dari pabrik. Banyak faktor yang harus diperhatikan dan dipertimbangkan dalam menentukan lokasi suatu pabrik. Lokasi pabrik pada umumnya ditetapkan atas dasar orientasi bahan baku dan orientasi pasar, karena hal ini bersifat ekonomis. Bab I Pendahuluan

20 6 Lokasi pabrik ditetapkan di Bontang, Kalimantan Timur dengan pertimbangan sebagai berikut : 1. Sumber bahan baku Bahan baku klorin dapat diperoleh dari PT. Assahimas, Cilegon sedangkan metana dari PT. Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur. 2. Pemasaran produk Daerah tersebut merupakan area industri yang potensial sebagai daerah pemasaran. Selain itu juga dekat dengan pelabuhan Bontang, Balikpapan dan Samarinda untuk memudahkan dalam pemasaran keluar Kalimantan maupun keluar negeri. 3. Sarana transportasi Daerah tersebut dekat dengan pelabuhan dan jalan raya yang memudahkan pengangkutan bahan baku dan produk. 4. Tersedianya sarana pendukung Bontang merupakan salah satu kawasan industri di Indonesia, sehingga penyediaan utilitas terutama air proses dan pendingin tidak mengalami kesulitan, karena ketersediaan air tanah yang masih mencukupi. 5. Tenaga kerja Tenaga kerja untuk pabrik dapat direkrut dari daerah Bontang dan sekitarnya, yang merupakan sumber tenaga kerja yang profesional. 6. Kemasyarakatan Keadaan sosial kemasyarakatan sudah terbiasa dengan lingkungan industri sehingga pendirian pabrik baru dapat diterima dan dapat beradaptasi dengan mudah dan cepat. Bab I Pendahuluan

21 7 Gambar I.2 Lokasi Pendirian Pabrik Metil Klorida I.4. Tinjauan Pustaka I.4.1. Macam-macam Proses Dalam Mc. Ketta (1979), secara umum metil klorida dapat dibuat dengan beberapa cara, antara lain : 1. Proses thermal chlorination 2. Proses photochlorination 3. Proses klorinasi metana dengan katalis alumina 1. Proses thermal chlorination Proses ini didasarkan pada reaksi klorinasi langsung terhadap metana pada suhu yang tinggi. Temperatur reaksi antara 275 C C. Reaksi yang terjadi: CH 4 + Cl 2 3Cl + HCl... (1) Bab I Pendahuluan

22 8 CH 3 Cl + Cl 2 2Cl 2 + HCl... (2) CH 2 Cl 2 + Cl HCl... (3) CHCl 3 + Cl HCl... (4) ( Mc.Ketta, 1979) Keuntungan : a. Dengan proses termal ini temperatur yang tinggi dapat membuat molekul klorin (Cl 2 ) menjadi radikal Cl + sehingga dapat terjadi reaksi, dengan demikian tidak memerlukan katalis. b. Impuritas sedikit. c. Selektivitas metil klorida tinggi yaitu 56% terhadap metana. 2. Proses photochlorination Proses ini didasarkan pada reaksi klorinasi metana oleh aktivasi dari reaksi massa dengan radiasi sinar. Adapun pemisahan molekul klorin (Cl 2 ) menjadi radikal Cl + adalah dengan meradiasikan reaksi massa dengan sumber sinar yang mempunyai radiasi sebesar 3000 Å Å. Bahan baku yang digunakan adalah metana dengan kemurnian tinggi. Reaktor yang digunakan adalah reaktor photochemical. Keuntungan dari proses ini adalah dapat mengurangi impuritas yang ada pada klorometana yang dihasilkan. Kekurangan : a. Penggunaan reaktor photochemical harus terbuat dari permukaan kaca yang tahan terhadap pembebasan panas mengingat reaksi klorinasi adalah reaksi eksotermis. Bab I Pendahuluan

23 9 b. Reaksi photochlorination terjadi pada suhu rendah sehingga menaikkan biaya kontrol proses dan mempertahankan panas reaksi. c. Lebih sensitif terhadap impuritas pada umpan, karena dapat menyebabkan terminasi pada reaksi rantai. d. Biaya pembuatan dan perawatan bahan konstruksi mahal karena terbuat dari kaca. e. Reaktor membutuhkan energi yang cukup besar untuk menghasilkan radiasi sinar dengan kekuatan 3000 Å Å. f. Kapasitas per reaktor rendah. g. Sering terjadi akumulasi klorin dibawah reaktor sehingga dapat mengakibatkan ledakan. 3. Proses klorinasi metana dengan katalis alumina Proses klorinasi ini didasarkan pada reaksi klorinasi metana dengan bantuan katalis alumina. Bahan baku yang digunakan adalah metana dengan kemurnian tinggi. Konversi dari proses ini adalah 95%. Adapun reaktor yang digunakan adalah fixed bed katalitik. Keuntungan dari proses ini adalah konversi yang dihasilkan cukup tinggi. Kekurangan : a. Penggunaan fixed bed reactor harus mempunyai konstruksi penyangga yang kuat untuk menyangga katalis. Reaktor harus terbuat dari bahan yang tahan terhadap pembebasan panas mengingat reaksi klorinasi adalah reaksi eksotermis, sehingga reaktor lebih berat dan biayanya juga mahal. Bab I Pendahuluan

24 10 b. Perlu adanya regenerasi katalis pada waktu-waktu tertentu. c. Proses ini sensitif terhadap adanya impuritas. Ketiga proses tersebut merupakan reaksi klorinasi dimana perbedaannya adalah pada cara pemecahan molekul klorinnya. Proses yang dipilih adalah proses thermal chlorination dengan alasan : - Proses ini dilakukan pada temperatur tinggi yang dapat membuat molekul klorin (Cl 2 ) menjadi radikal Cl + sehingga dapat terjadi reaksi, dengan demikian tidak memerlukan katalis. - Impuritas sedikit - Selektivitas metil klorida tinggi yaitu 56% terhadap metana. I.4.2. Kegunaan Produk Penggunaan metil klorida dewasa ini adalah untuk antara lain : a. Bahan intermediate untuk produksi fluida silikon, elastomer, dan resin b. Pembawa katalis untuk reaksi polimerisasi seperti pembuatan butyl rubber c. Produk konsumsi seperti kosmetik, auto polishes dan pelitur furniture d. Sintesis berbagai senyawa, dan sebagai pengekstraks untuk lemak, minyak, dan resin e. Bahan pembakar dalam aerosol Bab I Pendahuluan

25 11 I.4.3. Sifat Fisis dan Kimia 1. Bahan Baku Metana Sifat-sifat fisis : - Rumus molekul : CH 4 - Berat molekul : 16,04 g/mol - Fase : gas - Titik beku (1 atm) : 90,67 K - Titik didih (1 atm) : 111,66 K - Densitas (30 o C) : 0,1616 g/cm 3 - Temperatur kritis : 190,6 K (Yaws, 1999) Sifat-sifat kimia : a. Oksidasi 2 CH O H 2 O... (5) 2 CH 4 +2 O (6) b. Halogenasi CH 4 H 3 3 X HX... (7) c. Klorinasi terhadap CH 4 akan menghasilkan metil klorida dan HCl. Klorin Sifat-sifat fisis : - Rumus molekul : Cl 2 - Berat molekul : 70,91 g/mol - Fase commit : gas to user Bab I Pendahuluan

26 12 - Titik didih (1 atm) : 239,1 K - Titik beku (1 atm) : 171,55 K - Densitas (0 o C) : 3,2 g/l (Perry, 2008) Sifat-sifat kimia : a. Cl 2 bereaksi dengan alkali dan alkali tanah membentuk bleaching agent Cl NaOCl NaOCl + H 2 O... (8) b. Reaksi dengan amonia membentuk hidrazin 2 NH 3 + NaOCl N 2 H 4 + NaCl +H 2 O... (9) c. Cl 2 bereaksi dengan hidrokarbon jenuh menghasilkan hidrokarbon terklorinasi dan HCl 2. Produk Metil klorida Sifat-sifat fisis : - Rumus molekul : CH 3 Cl - Berat molekul : 50,487 g/mol - Fase : gas - Densitas (25 o C) : 0,913 g/cm 3 - Titik didih (1 atm) : 248,93 K - Titik beku (1 atm) : 175,45 K (Yaws, 1999) Bab I Pendahuluan

27 13 Sifat-sifat kimia : a. Dalam larutan eter, CH 3 Cl bereaksi dengan sodium membentuk etana (proses sintesa Wurtz). 2 CH 3 Cl +2 Na CH 3 CH NaCl... (10) b. Metil klorida digunakan pada reaksi Fridel Craft membentuk toluen dengan menggunakan katalisator AlCl 3 CH 3 Cl + C 6 H 6 C 6 H 5 CH 3 + HCl... (11) c. Bila dipanaskan pada temperatur yang sangat tinggi, metil klorida akan berpasangan membentuk etilen. 2 CH 3 Cl CH 2 = CH 2 +2 HCl... (12) d. Klorinasi terhadap CH 3 Cl akan menghasilkan metilen klorida dan HCl (Mc.Ketta,1979) Metilen klorida Sifat-sifat fisis : - Rumus molekul : CH 2 Cl 2 - Berat molekul : 84,933 g/mol - Fase : cair - Densitas ( 25 o C) : 1,33 g/cm 3 - Titik didih (1 atm) : 313,25 K - Titik leleh (1 atm) : 176,45 K (Perry, 2008) Bab I Pendahuluan

28 14 Sifat-sifat kimia a. Bila kontak dengan air dalam waktu yang lama, metilen klorida akan terhidrolisa secara perlahan membentuk HCl sebagai produk primer. b. Bila metilen klorida dipanaskan dengan air dalam waktu yang lama dalam tangki tertutup pada suhu 140 C-170 C, maka akan terbentuk formaldehid dan HCl. CH 2 Cl 2 + H 2 O HCHO + 2 HCl... (13) c. Klorinasi terhadap metilen klorida akan menghasilkan kloroform dan HCl. (Mc.Ketta,1979) Kloroform Sifat-sifat fisis : - Rumus molekul : CHCl 3 - Berat molekul : 119,378 g/mol - Fase : cair - Densitas (25 o C) : 1,48 g/cm 3 - Titik didih (1 atm) : 334,33 K - Titik beku (1 atm) : 209,63 K (Yaws, 1999) Sifat-sifat kimia a. Klorinasi terhadap kloroform membentuk karbon tetraklorida dan HCl. b. Bila kontak dengan besi dan air akan membentuk hidrogen peroksida. CHCl 3 + O 2 Cl 3 COOH Cl 3 OH + H 2 O 2... (14) Bab I Pendahuluan

29 15 c. Dengan basa akan mengalami hidrolisa. CHCl NaOH CO + 3NaCl + 2 H 2 O... (15) d. Kloroform bila kontak dengan potasium amalgam akan membentuk asetilen. 2 CHCl KHg HC = CH + 6 KCl(KHg)... (16) (Mc.Ketta,1979) Karbon tetraklorida Sifat-sifat fisis : - Rumus molekul : CCl 4 - Berat molekul : 153,821 g/mol - Fase : cair - Densitas (25 o C) : 1,583 g/cm 3 - Titik didih (1 atm) : 349,79 K - Titik beku (1 atm) : 250,33 K (Yaws, 1999) Sifat-sifat kimia : a. CCl 4 kering tidak bereaksi dengan logam seperti besi dan nikel tetapi bereaksi secara perlahan dengan tembaga dan timah hitam. b. Dengan katalis platinum atau Zn dan asam, CCl 4 akan membentuk kembali menjadi kloroform. c. Dengan potasium amalgam dan air, CCl 4 akan terbentuk kembali menjadi metana. (Mc.Ketta,1979) Bab I Pendahuluan

30 16 Asam klorida Sifat-sifat fisis : - Rumus molekul : HCl - Berat molekul : 36,46 g/mol - Fase : cair - Densitas (25 o C) : 1,189 g/cm 3 - Titik didih (1 atm) : 321,15 K - Titik leleh (1 atm) : 245,83 K (Perry, 2008) Sifat-sifat kimia : a. Reaksi dengan oksidator membentuk Cl 2 4 HCl + O 2 2 Cl H 2 O... (17) b. Reaksi dengan sulfur trioksida membentuk asam klorosulfat. HCl + SO 3 ClSO 3 H... (18) c. Reaksi HCl dan asetilen akan menghasilkan kloroprena Tinjauan Proses Secara Umum Klorinasi didefinisikan sebagai suatu proses dimana satu atau lebih atom klorin dibentuk menjadi suatu senyawa kimia. Ketika atom hidrogen dari molekul metana disubstitusi oleh klorin, senyawa kimia yang terbentuk dikenal sebagai klorometan. Apabila satu atom hidrogen yang disubstitusi disebut metil klorida, CH 3Cl ; jika dua disebut metilen klorida, CH 2Cl 2; tiga disebut kloroform, CHCl 3; jika seluruhnya disebut karbon tetraklorida, CCl 4. Proses thermal chlorination commit to terhadap user metana dan klorin banyak Bab I Pendahuluan

31 17 digunakan karena ekonomis dan prosesnya bisa berjalan secara langsung. Proses ini terjadi pada suhu yang tinggi antara 275 C sampai 450 C. Apabila suhu lebih rendah, akan terbentuk impuritas oksigen yang mengganggu reaksi dan jika suhu lebih tinggi dari 450 C maka akan terbentuk impuritas di umpan (Mc. Ketta, 1979). Metana dan klorin dalam fase gas dengan perbandingan mol 1,7:1 dipanaskan sampai suhu 300 C dimana pada suhu tersebut klorin akan mengalami disosiasi dan akan mulai terjadi reaksi terklorinasi terhadap metana, sedangkan tekanan dipertahankan 3 atm. Di dalam plugflow reactor suhu dipertahankan jangan sampai melebihi 450 C. Bila reaksi berlangsung di atas suhu tersebut maka dapat terjadi reaksi pirolisis terhadap CH 3 Cl membentuk karbon bebas yang merupakan impuritas, sedangkan klorin dan hidrogen membentuk asam hidroklorida. Produk reaksi kemudian masuk ke absorber untuk mengambil HCl dengan pelarut air. Produk atas absorber masuk ke neutralizer untuk menghilangkan sisa HCl dengan direaksikan dengan alkali (NaOH). Selanjutnya masuk ke separator untuk memisahkan metana dan produk klorometannya. Metana direcycle ke reaktor dan klorometan masuk ke kolom distilasi untuk dipisahkan antara metil klorida, metilen klorida, kloroform dan karbon tetra klorida. Bab I Pendahuluan

32 BAB II DESKRIPSI PROSES II.1. Spesifikasi bahan baku dan produk II.1.1. Spesifikasi bahan baku 1. Metana - Rumus molekul : CH 4 - Berat molekul : 17 g/mol - Fase : gas - Titik beku (1 atm) : 90,82 K - Titik didih ( 1 atm) : 113,15K - Temperatur kritis : 190,73 K - Densitas (113,15 K) : 0,435 kg/m 3 - Kemurnian : min99% mol - Impuritas : C 2 H 6 dan C 3 H 8 1% mol 2. Klorin (PT. Badak NGL) - Rumus molekul : Cl 2 - Berat molekul : 70,91 g/mol - Fase : gas - Titik didih (1 atm) : 238,85 K - Titik beku (1 atm) : 171,55 K - Densitas (273,15 K) : 3,213 g/cm 3 - Kemurnian : min 98% vol Bab II Deskripsi Proses 18

33 19 - Impuritas : HCl 2% vol (PT. Assahimas) II.1.2. Spesifikasi produk 1. Metil klorida Sifat fisis - Rumus molekul : CH 3 Cl - Berat molekul : 50,487 g/mol - Fase : cair - Densitas (25 o C) : 0,913 g/cm 3 - Titik didih (1atm) : 250,15 K - Titik beku (1atm) : 177,15 K - Kemurnian : min 99,95% berat - Impuritas : CH 2 Cl 2 ( 2. Metilen klorida Sifat fisis - Rumus molekul : CH2Cl2 - Berat molekul : 84,933 g/mol - Fase : cair - Densitas (25 o C) : 2,93 kg/m 3 - Titik didih (1atm) : 313,25 K - Titik leleh (1atm) : 176,45 K - Kemurnian : min 99,9% berat Bab II Deskripsi Proses

34 20 - Impuritas : CH 3 Cl, CHCl 3 ( 3. Kloroform Sifat fisis - Rumus molekul : CHCl 3 - Berat molekul : 119,378 g/mol - Fase : cair - Densitas (25 o C) : 1,48 g/cm 3 - Titik didih (1atm) : 334,48 K - Titik beku (1atm) : 209,78 K - Kemurnian : 99,9% berat - Impuritas : CH 2 Cl 2, CCl 4 ( 4. Karbon tetraklorida Sifat fisis - Rumus molekul : CCl 4 - Berat molekul : 153,821 g/mol - Fase : cair - Densitas (25 o C) : 1,583 g/cm 3 - Titik didih (1atm) : 349,94 K - Titik beku (1atm) : 250,48 K - Kemurnian : min 99,95% berat Bab II Deskripsi Proses

35 21 - Impuritas : CHCl 3 ( 5. Asam klorida Sifat fisis - Rumus molekul : HCl - Berat molekul : 36,46 g/mol - Fase : cair - Densitas (25 o C) : 1,189 g/cm 3 - Titik didih (1atm) : 321,15 K - Titik leleh (1atm) : 245,83 K - Kemurnian : min 35% berat ( II.2. Konsep Proses II.2.1. Dasar Reaksi Reaksi antara metil klorida dengan klorin merupakan reaksi serimultistep dan berlangsung secara eksotermis irreversible. Reaksinya sebagai berikut : CH 4 + Cl 2 CH 3Cl + HCl... (19) CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl... (20) CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl... (21) CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl... (22) Reaktan dengan perbandingan metana : klorin adalah 1,7 : 1 dipanaskan sampai suhu 300 o C dan tekanan 3 atm dimana pada suhu Bab II Deskripsi Proses

36 22 tersebut klorin akan mengalami disosiasi dan mulai terjadi reaksi termoklorinasi terhadap metil klorida. Di dalam multi tube plug flow reactor, suhu dipertahankan pada kisaran 275 o C 450 o C. Bila reaksi berlangsung di atas suhu tersebut, maka akan terjadi pirolisis terhadap klorometana membentuk karbon bebas, sedangkan klorin dan hidrogen membentuk asam klorida (Mc. Ketta, 1979 ). II.2.2. Mekanisme Reaksi Mekanisme reaksi yang terjadi pada proses klorinasi terhadap metana atau klorometana adalah free-radical substitutions dan terjadi melalui 3 tahap yaitu inisiasi, propagasi dan terminasi. Inisiasi Inisiasi adalah proses menghasilkan spesies radikal. Dalam tahap ini radikal klorin dengan pemanasan pada suhu tinggi sehingga dapat memecah ikatan antar atom klorin. Radikal klorin kemudian bereaksi dengan metil klorida menghasilkan radikal metil klorida. Cl 2 2Cl -... (23) Cl - + CH 4 HCl + CH (24) Propagasi Pada tahap ini radikal metil klorida bereaksi dengan klorin menghasilkan klorometana dan radikal klorin. Radikal ini kemudian bereaksi dengan metana dan juga produk klorometana menghasilkan radikal klorometana yang lain. Bab II Deskripsi Proses

37 23 CH Cl 2 CH 3 Cl + Cl -... (25) Cl - + CH 3 Cl HCl + CH 2 Cl -... (26) CH 2 Cl - + Cl 2 CH 2 Cl 2 + Cl -... (27) Cl - + CH 2Cl 2 HCl + CHCl (28) CHCl Cl 2 CHCl 3 + Cl -... (29) Cl - + CHCl 3 - HCl + CCl 3... (30) - CCl 3 + Cl 2 CCl 4 + Cl -... (31) Terminasi Tahap ini terjadi apabila dua radikal bereaksi baik dengan radikal yang sama ataupun dengan radikal yang berbeda. Cl - + Cl - Cl 2... (32) Cl - + CH 2 Cl - CH 2 Cl 2... (33) II.2.3. Kondisi Operasi Kondisi operasi pada perancangan pabrik metil klorida ini adalah sebagai berikut : Tekanan : 3 atm (Keyes, 1961) Temperatur reaktan Temperatur reaksi Cl 2 : CH 4 Konversi metana : 300 o C : 275 o C -450 o C : 1 : 1,7 (perbandingan mol) : 36 % mol Selektivitas metil klorida terhadap metana : 56% Selektivitas metilen klorida terhadap metana : 35% Selektivitas kloroform terhadap metana : 8% Selektivitas karbon tetraklorida terhadap metana : 1% (Mc. Ketta,1979 ) Bab II Deskripsi Proses

38 24 II.2.4. Tinjauan Kinetika Reaksi yang terjadi adalah reaksi seri-multistep dan berjalan cepat. CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl... (34) CH 3 Cl + Cl 2 CH 2 Cl 2 + HCl... (35) CH 2 Cl 2 + Cl 2 CHCl 3 + HCl... (36) CHCl 3 + Cl 2 CCl 4 + HCl... (37) Dari figure 15 Mc Ketta, diketahui satuan konstanta kecepatan reaksi tersebut (detik -1 ), maka reaksi tersebut mempunyai orde satu. Kecepatan reaksi klorin adalah : - r k =k 1.C k1 + k 2.C k2 +k 3.C k3 + k 4.C k4... (38) Gambar I.1 Grafik Kecepatan Reaksi Klorinasi Metana Konstanta kecepatan reaksi masing-masing diketahui dari figure 15 Mc.Ketta dan dapat dibuat persamaan sesuai hukum Arhenius : k 1 = 3,076 x 10 6 exp (-10789/T), /s... (39) Bab II Deskripsi Proses

39 25 k 2 = 8,853 x 10 6 exp (-10878/T), /s... (40) k 3 = 1,776 x 10 6 exp (-10266/T), /s... (41) k 4 = 1,211 x 10 6 exp (-10784/T), /s... (42) (Mc. Ketta vol.8, 1979) II.2.4 Tinjauan Termodinamika Jika ditinjau dari segi termodinamika, harga f 0 masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabelii.1 sebagai berikut :... (43) (Smith, 1987) Tabel II f 0 masing-masing komponen Komponen 0 G f (kj/mol) HCl -95,33 Cl 2 0 CH 4-50,87 CH 3 Cl -62,93 CH 2 Cl 2-68,91 CHCl 3-68,52 CCl 4-58,28 (Carl L., Yaws, 1999) CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl 2 CH 2 Cl 2 + Cl 2 CHCl 3 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl CH 2 Cl 2 + HCl CHCl 3 + HCl CCl 4 + HCl 0 = -107,39 kj/mol 0 = -101,31 kj/mol 0 = -94,94 kj/mol 0 = -85,09 kj/mol f 0 total = -388,730 kj/mol = J/mol Bab II Deskripsi Proses

40 26 K 298 = 1,382 x Suhu reaksi, T = 573,15 K.... (44) K = 8,52 x Harga konstanta kesetimbangan reaksi (K) termasuk besar sehingga reaksi dianggap berjalan searah / irreversible. Untuk menentukan apakah reaksi bersifat eksotermis atau endotermis, f. Tabel II f 0 masing-masing komponen Komponen f 0 (kj/mol) HCl -92,36 Cl 2 0 CH 4-74,86 CH 3 Cl -86,37 CH 2 Cl 2-95,46 CHCl 3-101,32 CCl 4-100,48 (Carl.L. Yaws, 1999) CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl r 0 = -103,39 kj/mol CH 3 Cl + Cl 2 CH 2 Cl 2 + HCl r 0 = -101,45 kj/mol CH 2 Cl 2 + Cl 2 CHCl 3 + HCl r 0 = -98,22 kj/mol CHCl 3 + Cl 2 CCl 4 + HCl r 0 = -91,52 kj/mol H r 0 total = -395,06 kj/mol = J/mol Reaksi di atas bersifat ekso r 0 negatif. Bab II Deskripsi Proses

41 27 II.3. Langkah Proses II.3.1.Diagram Alir Proses 1. Diagram alir kualitatif dapat dilihat pada gambar II.2 2. Diagram alir kuantitatif dapat dilihat pada gambar II.3 3. Diagram alir lengkap dapat dilihat pada gambar II.4 Bab II Deskripsi Proses

42 28 Gambar II.2 Diagram Alir Kualitatif Bab II Deskripsi Proses

43 29 Gambar II.3 Diagram Alir Kuantitatif Bab II Deskripsi Proses

44 30 Gambar II.4 Diagram Alir Lengkap Bab II Deskripsi Proses

45 31 II.3.2.Uraian Proses Secara umum proses pembuatan metil klorida dengan klorinasi metana dapat dibagi menjadi 3 tahap yaitu : - Penyiapan bahan baku - Reaksi pembentukan metil klorida - Pemurnian produk Penjabaran dan uraian tiap tahap adalah sebagai berikut : 1. Penyiapan bahan baku a. Metana Metana dari tangki penyimpan dengan suhu -146,3 o C dan tekanan 3 atm dicampur dengan arus atas separator 2 (SP-02) dengan suhu 7,86 o C sehingga suhunya menjadi 3,63 o C. Setelah itu dipanaskan dalam HE-02 dengan pemanasnya adalah Dowtherm A keluar HE-01 sehingga suhunya menjadi 300 o C sebagai umpan reaktor. b. Klorin Klorin dari tangki penyimpan (T-01) pada suhu 30 o C dan tekanan 9,2 atm dicampur dengan arus bawah separator (SP- 01) kemudian divalve untuk menurunkan tekanannya menjadi 3 atm. Setelah divalve, klorin akan menguap sebagian. Fase uap dan cair klorin dipisahkan dalam SP-01, arus atas yang berupa uap klorin yang bersuhu -5,77 o C dipakai untuk mengkondensasi hasil atas MD-01, MD-02, MD-03 di dalam kondensor (CD-01, CD-02, CD-03) sehingga commit suhu to klorin user menjadi 36,74 o C. Gas klorin Bab II Deskripsi Proses

46 32 kemudian dipanaskan dalam HE-01 dengan pemanasnya adalah Dowtherm A keluar reaktor sehingga suhunya menjadi 300 o C kemudian diumpankan ke reaktor. 2. Reaksi pembentukan metil klorida Reaksi pembentukan metil klorida dilakukan dalam reaktor jenis plug flow multi tube. Gas klorin yang sudah aktif direaksikan dengan gas metana dan recycle dengan perbandingan mol metana : klorin yaitu 1,7 : 1 dan kecepatan alir tertentu. Suhu di dalam reaktor akan naik karena reaksi bersifat eksotermis, maka untuk menjaga agar suhu tidak melebihi 450 o C dialirkan pendingin berupa cairan Dowtherm A. Konversi metana sebesar 36% mol, selektivitas metil klorida terhadap metana sebesar 56%, selektivitas metilen klorida sebesar 35%, selektivitas kloroform 8% dan selektivitas karbon tetraklorida sebesar 1%. Hasil reaksi berupa produk utama metil klorida dan produk lainnya berupa metilen klorida, kloroform, karbon tetraklorida dan hidrogen klorida, sedangkan gas klorin habis bereaksi. Suhu gas keluar reaktor dan pendingin tinggi, maka panas keduanya dimanfaatkan memanaskan arus lain. 3. Pemurnian produk Gas produk keluar reaktor digunakan untuk pemanas pada reboiler (RB-01) sehingga suhu gas keluar reaktor turun dari 418,34 o C menjadi 293,76 o C. Kemudian campuran gas ini digunakan untuk pemanas lagi pada RB-02 hingga suhu gas keluar reaktor menjadi 286,02 o C. Selanjutnya commit digunakan to user lagi sebagai pemanas untuk RB-03 Bab II Deskripsi Proses

47 33 sehingga suhunya menjadi 136,78 o C. Gas produk dari reaktor diturunkan suhunya menjadi 80 o C di dalam HE-08 dan didinginkan lagi di dalam HE-04 hingga suhunya menjadi 20,75 o C, kemudian dimasukkan ke absorber (AB) untuk dipisahkan HCl-nya. HCl diserap dengan air dari unit utilitas menjadi asam klorida 35% yang kemudian disimpan dalam tangki (T-07). Gas hasil atas absorber masih mengandung sisa HCl sehingga dialirkan ke neutralizer (N) untuk dihilangkan sisa HCl dengan menggunakan NaOH dari unit utilitas. NaCl hasil reaksi disimpan dalam tangki (T-08) dan gas hasil atas menuju separator 2 (SP-02) untuk memisahkan klorometan dengan metananya. Gas hasil atas neutralizer dialirkan ke kompresor (C-01) untuk menaikkan tekanannya dari 3 atm menjadi 17 atm, kemudian didinginkan pada HE-03 dengan pemanas arus bawah SP-02. Arus atas SP-02 yang berupa metana dan sedikit klorometana direcycle dengan umpan metana. Arus bawah SP-02 menuju kolom distilasi untuk memurnikan metil klorida dari produk klorometana yang lainnya. Kolom destilasi (MD-01)beroperasi pada tekanan 4 atm bertujuan untuk memisahkan metil klorida dengan produk klorometana lainnya. Metil klorida keluar sebagai hasil atas kemudian disimpan dalam tangki penyimpan (T-03) pada suhu 30 o C dan tekanan 6,2 atm. Sedangkan hasil bawah berupa campuran klorometana dimasukkan ke dalam kolom destilasi (MD-02) berfungsi untuk mengambil produk utama. Pada MD-02 produk atas adalah metilen klorida commit yang kemudian to user dikirim ke tangki penyimpanan Bab II Deskripsi Proses

48 34 (T-04) sedang produk bawah campuran CHCl 3 dan CCl 4. Hasil bawah tersebut lalu dipisahkan di kolom destilasi (MD-03), sebagai produk atas adalah CHCl 3 untuk disimpan di tangki penyimpanan (T-05) dan produk bawah adalah CCl 4 disimpan di tangki penyimpan (T-06). Bab II Deskripsi Proses

49 35 II.4. Neraca Massa dan Neraca Panas II.4.1. Neraca Massa Total Satuan : kg/jam Tabel II.3 Neraca Massa Total Komponen Input Output Arus 4 Arus 5 Arus 9 Arus 12 Arus 11 Arus 14 Arus 17 Arus 19 Arus 21 Arus 22 purge CH4 3423, ,3046 C2H6 2,4946 2,4865 C3H8 2,1890 2,1883 Cl ,5291 CH3Cl 5365,6250 0, ,5436 CH2Cl2 0, ,4557 0, ,7127 CHCl3 0, ,5880 1, ,9418 CCl4 1, , ,9587 HCl 243, , ,3421 H2O 122, , ,0101 NaOH 136,3038 NaCl 199,3443 Jumlah 50517, ,76 Bab II Deskripsi Proses

50 36 II.4.2. Neraca Massa Alat 1. Neraca massa di TEE 1 Tabel II.4 Neraca Massa di TEE 1 Komponen Input Output Arus 1 Arus 2 Arus 3 HCl 243, , ,1128 Cl , , ,6741 Total 23963, , , ,79 2. Neraca massa di TEE 2 Tabel II.5 Neraca Massa di TEE 2 Komponen Input Output Arus 5 Arus 6 Arus 7 CH , , ,9184 C 2 H 6 2, , ,1899 C 3 H 8 2, , ,9671 CH 3 Cl 0, , ,1457 CH2Cl2 0, , ,0537 CHCl 3 0, , ,9703 Total 3427, , , ,2450 Bab II Deskripsi Proses

51 37 3. Neraca massa di sekitar reaktor Tabel II.6 Neraca Massa Reaktor Komponen Input Output Arus 4 Arus 7 Arus 8 CH 4 0, , ,1643 C 2 H 6 0, , ,1899 C 3 H 8 0, , ,9671 Cl ,5291 0,0000 0,0000 CH 3 Cl 0, , ,2424 CH 2 Cl 2 0, , ,0892 CHCl 3 0, , ,5204 CCl 4 0,0000 0, ,7582 HCl 243,8768 0, ,7193 Total 23963, ,24 4. Neraca massa di sekitar absorber 33624,65 Tabel II.7 Neraca Massa Absorber 33624,65 Komponen Input Output Arus 8 Arus 9 Arus 10 Arus 11 CH ,1643 0, ,1643 0,0000 C2H6 85,1899 0, ,1899 0,0000 C 3 H 8 74,9671 0, ,9671 0,0000 CH 3 Cl 5749,2424 0, ,2424 0,0000 CH 2 Cl ,0892 0, ,0892 0,0000 CHCl3 1943,5204 0, ,5204 0,0000 CCl ,7582 0, ,7582 0,0000 HCl 12437,7193 0, , ,3421 H 2O 0, ,6353 0, ,6353 Total 33624, , , , , ,29 Bab II Deskripsi Proses

52 38 5. Neraca massa di sekitar neutralizer Komponen Tabel II.8 Neraca Massa Neutralizer Input Output Arus 10 Arus 12 Arus 13 Arus 14 CH4 5834,1643 0, ,1643 0,0000 C 2 H 6 85,1899 0, ,1899 0,0000 C 3 H 8 74,9671 0, ,9671 0,0000 CH 3 Cl 5749,2424 0, ,2424 0,0000 CH 2 Cl ,0892 0, ,0892 0,0000 CHCl ,5204 0, ,5204 0,0000 CCl ,7582 0, ,7582 0,0000 HCl 124,3772 0,0000 0,0000 0,0000 NaOH 0, ,3038 0,0000 0,0000 H 2 O 0, ,6734 0, ,0101 NaCl 0,0000 0,0000 0, ,3443 Total 21311,31 258, ,93 383, , ,29 6. Neraca massa di sekitar separator 2 Tabel II.9 Neraca Massa Separator 2 Komponen Input Output Arus 13 Arus 16 Arus 15 CH , ,164 0,0000 C 2 H 6 85,190 85,182 0,0000 C3H8 74,967 74,966 0,0000 CH 3Cl 5749, , ,553 CH 2 Cl ,089 71, ,323 CHCl ,520 61, ,608 CCl ,758 28, ,800 Total 21186, , , ,93 Bab II Deskripsi Proses

53 39 7. Neraca massa arus purging Tabel II.10 Neraca Massa Arus Purging Komponen Input Output Arus 16 Arus purge Arus 6 CH , , ,8592 C 2 H 6 85,182 2, ,6952 C3H8 74,966 2, ,7781 CH 3Cl 382,689 49, ,1457 CH 2 Cl 2 71,766 36, ,0537 CHCl 3 61,912 15, ,9703 CCl 4 28,959 28,9587 0,0000 Total 6539,64 8. Neraca massa di sekitar menara distilasi 1 Komponen 306, , ,64 Tabel II.11 Neraca Massa Menara Distilasi 1 Input Output Arus 15 Arus 17 Arus 18 CH 3 Cl 5366, ,6250 0,9281 CH 2 Cl ,3228 0, ,7862 CHCl ,6083 0, ,6083 CCl ,7995 0, ,7995 Total 14647,28 9. Neraca massa di sekitar menara distilasi , , ,28 Tabel II.12 Neraca Massa Menara Distilasi 2 Komponen Input Output Arus 18 Arus 19 Arus 20 CH3Cl 0,9281 0,9281 0,0000 CH 2 Cl , ,4557 0,3305 CHCl3 1881,6083 0, ,0107 CCl ,7995 0, ,7995 Total 9281, , , ,12 Bab II Deskripsi Proses

54 Neraca massa di sekitar menara distilasi 3 Tabel II.13 Neraca Massa Menara Distilasi 3 Komponen Input Output Arus 20 Arus 21 Arus 22 CH 2 Cl 2 0,3305 0,3305 0,0000 CHCl , ,5880 1,4227 CCl ,7995 1, ,9180 Total 3304, , , ,14 II.4.3. Neraca Panas Total Satuan : kj/jam Tabel II.14 Neraca Panas Total Komponen Input Output Q ,0650 Q ,7483 Q ,6371 Q ,8528 Q ,7481 Q17 412,1147 Q ,7964 Q ,2775 Qpemanas ,5840 Qpendingin ,7412 Total , ,7825 Bab II Deskripsi Proses

55 41 II.4.4. Neraca Panas Alat 1. Neraca panas di TEE 1 Tabel II.15 Neraca Panas Di TEE 1 Komponen Input Output Q ,8138 Q ,0462 Q ,8600 Total , , Neraca panas reaktor Tabel II.16 Neraca Panas Reaktor Komponen Input Output Q ,1016 Q ,8829 Q reaksi -395,06 Qpendingin Total , , Neraca panas absorber Tabel II.17 Neraca Panas Absorber Komponen Input Output Q ,7437 Q ,6371 Q ,6314 Q ,9847 Qpelarutan ,000 Qpenguapan ,2368 Total , ,8528 Bab II Deskripsi Proses

56 42 4. Neraca panas neutralizer Tabel II.18 Neraca Panas Neutralizer Komponen Input Output Q ,5526 Q ,1955 Q ,5340 Q ,9383 Qreaksi 1.215,4000 Q penguapan 4.997,6877 Total , , Neraca panas separator 2 Tabel II.19 Neraca Panas Separator 2 Komponen Input Output Q ,198 Q ,836 Q ,005 Q penguapan ,356 Total , , Neraca panas menara distilasi 1 Tabel II.20 Neraca Panas Menara Distilasi 1 Komponen Input Output Q ,5108 Q17 412,1147 Q ,8237 Qcondensor ,2051 Qreboiler ,6327 Total , ,1435 Bab II Deskripsi Proses

57 43 7. Neraca panas menara distilasi 2 Tabel II.21 Neraca Panas Menara Distilasi 2 Komponen Input Output Q ,8319 Q ,7964 Q ,1534 Qcondensor ,9141 Qreboiler ,0320 Total , , Neraca panas menara distilasi 3 Tabel II.22 Neraca Panas Menara Distilasi 3 Komponen Input Output Q ,8319 Q ,9000 Q ,2775 Qcondensor ,6891 Qreboiler ,0348 Total , , Neraca panas separator 1 Tabel II.23 Neraca Panas Separator 1 Komponen Input Output Q ,7048 Q ,6253 Q ,0795 Total , ,7048 Bab II Deskripsi Proses

58 44 II.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan II.5.1. Tata Letak Pabrik Tata letak pabrik merupakan tempat kedudukan keseluruhan bagian yang ada dalam pabrik meliputi tempat perkantoran (office), tempat peralatan proses, tempat penyimpanan bahan baku dan produk, tempat unit pendukungdan tambahan-tambahan yang lain yang dirancang terutama untuk mendukung kelancaran pelaksanaan proses produksi. Beberapa tujuan dari pengaturan tata letak pabrik antara lain : penghematan waktu transportasi bahan baku, produk, alat maupun karyawan dalam areal pabrik, sehingga waktu proses produksi dapat optimal. Tujuan lainnya, memanfaatkan areal pabrik secara efektif dan efisien sehingga diharapkan tidak ada area kosong yang dibiarkan begitu saja dan dapat menghemat lahan yang berarti pula dapat menghemat biaya investasi dan pajak, pencegahan kecelakaan kerja, serta tujuan-tujuan lain. Pada prarancangan pabrik ini, tata letak dari pabrik dapat dilihat pada Gambar II.4. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan tata letak pabrik adalah : 1. Perluasan pabrik dan kemungkinan penambahan bangunan Perluasan pabrik ini harus sudah masuk dalam perhitungan sejak awal, supaya masalah kebutuhan tempat tidak timbul di masa yang akan datang. Sejumlah area khusus harus disiapkan untuk dipakai sebagai perluasan pabrik, penambahan peralatan untuk menambah kapasitas pabrik ataupun mengolah produknya sendiri ke produk lain. Bab II Deskripsi Proses

59 45 2. Keamanan Keamanan terhadap kemungkinan adanya bahaya kebakaran, ledakan, asap atau gas beracun harus benar-benar diperhatikan di dalam penentuan tata letak pabrik. Untuk itu diperlukan peralatan-peralatan pemadam kebakaran di sekitar lokasi berbahaya tadi. Tangki penyimpan produk atau unit-unit yang mudah meledak harus diletakkan di areal khusus serta perlu adanya jarak antara bangunan satu dengan bangunan yang lain. 3. Utilitas Pemasangan dan distribusi yang baik dari gas, udara, steam, dan listrik akan membantu kemudahan kerja dan perawatannya. Penempatan alat proses sedemikian rupa sehingga petugas dapat dengan mudah mencapainya dan dapat menjamin kelancaran operasi serta memudahkan perawatannya. Bab II Deskripsi Proses