TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK RESIN NOVOLAK DARI PHENOL DAN FORMALDEHID KAPASITAS TON/TAHUN

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK RESIN NOVOLAK DARI PHENOL DAN FORMALDEHID KAPASITAS TON/TAHUN Mamiek Wijayanti Nur Wika Arintiani Oleh: I I JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010

2 TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK RESIN NOVOLAK DARI PHENOL DAN FORMALDEHID KAPASITAS TON/TAHUN Mamiek Wijayanti Oleh: I JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010

3 TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK RESIN NOVOLAK DARI PHENOL DAN FORMALDEHID KAPASITAS TON/TAHUN Nur Wika Arintiani Oleh: I JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010

4

5 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang menunjukkan peningkatan pada sektor industri telah menuntut bangsa Indonesia berbelok arah dari negara agraris ke negara industri. Untuk mencapai kemajuan di bidang industri terfokus pada bidang industri kimia, maka kebutuhan bahan-bahan dasar kimia di dalam negeri perlu ditumbuhkan dan dikembangkan. Sejalan dengan tujuan pembangunan industri yaitu sebagai upaya untuk meningkatkan nilai tambah bagi negara, maka pendirian pabrik resin novolak dengan bahan baku phenol dan formaldehid mempunyai nilai yang baik dalam perkembangan dunia industri yang menggunakan resin novolak sebagai bahan baku atau sebagai bahan tambahan. Proyeksi kebutuhan resin novolak dalam negeri semakin meningkat seiring dengan peningkatan-peningkatan industri-industri yang memakainya. Sebenarnya produksi di Indonesia dari tahun ke tahun terus mengalami peningkatan, tetapi dibandingkan dengan jumlah yang diproduksi, kebutuhan resin novolak lebih besar, oleh sebab itu pendirian pabrik ini dirasakan sangat perlu, karena pada saat ini hanya terdapat satu pabrik yang memproduksi resin novolak di Indonesia, sehingga pendirian pabrik resin novolak ini diharapkan dapat mengantisipasi permintaan dalam dan luar negeri serta mengurangi ketergantungan resin novolak dari negara-negara importir seperti Jepang, China, Jerman, dan India. Bab 1 Pendahuluan

6 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 2 Selain alasan-alasan diatas, pendirian pabrik ini juga didasarkan pada halhal sebagai berikut : 1. Terciptanya lapangan pekerjaan yang berarti turut serta dalam usaha pemerintah untuk mengurangi pengangguran. 2. Memacu pertumbuhan industri-industri baru yang menggunakan bahan baku resin novolak. 3. Meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta mengurangi impor resin novolak dari negara lain. 1.2 Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik Penentuan kapasitas produksi perancangan pabrik resin novolak didasarkan pada pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut : 1. Prediksi kebutuhan resin novolak di Indonesia 2. Ketersediaan bahan baku 3. Pabrik yang sudah ada Prediksi kebutuhan resin novolak di Indonesia Berdasarkan data yang diperoleh dari BPS, prediksi kebutuhan resin novolak mengalami peningkatan. Dengan mengacu pada hal tersebut, jika direncanakan pabrik resin novolak didirikan pada tahun 2012, maka diperkirakan kebutuhan cukup besar, yaitu ton/tahun. Bab 1 Pendahuluan

7 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Ketersediaan bahan baku Bahan baku pembuatan resin adalah phenol dan formaldehid. Bahan baku phenol di dapat dari Shanghai Gaoqiao Petrochemical, Da Tong Road, Pu Dong, Shanghai China dengan kapasitas produksi ton per tahun. Formaldehid (formalin) diperoleh dari PT Arjuna Kimia Utama, Jl Rungkut Industri I/18-22 Surabaya Industrial Estate, Rungkut, Surabaya dengan kapasitas ton per tahun. Bahan pembantu seperti katalis (H 2 SO 4 ) diperoleh dari PT Petrokimia Gresik dengan kapasitas ton/tahun. Untuk NaOH dibeli dari PT Toya Indo Manunggal Chemical, Jawa Timur. Tabel 1.1 Data impor Novolak Resin di Indonesia tahun impor (ton ) , , , , ,158 (Biro Pusat Statistik Indonesia ) Berdasarkan data dari BPS, kebutuhan Novolak Resin di Indonesia meninjukkan adanya peningkatan. Dengan perhitungan metode Least Square maka permintaan pada tahun 2012 dapat diperkirtakan: Bab 1 Pendahuluan

8 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 4 tahun y x xy x , , , , , , , , ,47 9 sum 64589, ,56 20 a = n y = 64589,021 5 = 12917,8 x. y b = 2 x = 13164,56 20 = 658,228 y y = a + b.x = 12917, ,228 x jika y adalah jumlah import pada tahun ke x dan x adalah bobot tahun, maka peramalan kebutuhan import pada tahun 2012 adalah y = 12917,8 + ( 13 x 658,228 ) = Bab 1 Pendahuluan

9 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 5 Gambar 1.1 Hubungan antara tahun dengan jumlah kebutuhan resin novolak (manajemen-sitiraha3.com ) tahun Tahun Jumlah impor (x) (y) x2 y2 xy , , , , , , , , ,425 Bab 1 Pendahuluan

10 Prarancangan Pabrik Resin Novolak ,748 jumlah r 2 = (10x966811,64) (55x158797,26) 2 10x x 10x ,26 2 r 2 = 0,75377 Menurut perhitungan dengan menggunakan metode least square didapatkan kebutuhan pada tahun 2012 sebesar 21474,764 ton dengan koefisien determinasi (r 2 ) sebesar 0,754. Jadi pada tahun 2012 dapat diperkirakan dibutuhkan Novolak resin sebanyak ton Kapasitas pabrik yang sudah berdiri Di Indonesia industri yang memproduksi resin novolak yaitu : Nama Pabrik : PT. Binajaya Rodakarya Status Lokasi Kapasitas : PMDN : Desa Jelapat, Kabupaten Barito, Kuala, Kalimanta selatan : ton/tahun Berdasarkan pertimbangan di atas maka kapasitas pabrik dipilih sebesar ton/tahun, yang diharapkan produksinya dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri dan sisanya dapat di ekspor. Bab 1 Pendahuluan

11 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Pemilihan Lokasi Pabrik Lokasi pabrik merupakan salah satu faktor penting dalam pendirian pabrik untuk kelangsungan operasi pabrik. Banyak pertimbangan yang menjadi dasar dalam menentukan lokasi pabrik, antara lain : dengan sumber bahan baku, letak pabrik dengan pemasaran produk, transportasi, tenaga kerja, kondisi sosial politik, dan kemungkinan pengembangan di masa mendatang. Pabrik resin novolak direncanakan akan didirikan di daerah Kawasan Industri Gresik, jalan Tri Dharma 3 Jawa Timur. Pemilihan ini dimaksudkan untuk mendapatkan keuntungan secara teknis dan ekonomis, berdasarkan pertimbangan : a. Penyediaan Bahan Baku Bahan baku merupakan kebutuhan utama bagi kelangsungan suatu pabrik sehingga bahan baku sangat diprioritaskan. Formaldehid (formalin) diperoleh dari PT. Arjuna Kimia Utama, Jl Rungkut Industri I/18-22 Surabaya Industrial Estate, Rungkut, Surabaya dengan kapasitas ton per tahun. Bahan pembantu seperti katalis (H 2 SO 4 ) diperoleh dari PT. Petrokimia Gresik dengan kapasitas ton/tahun. Dengan dekatnya sumber bahan baku yaitu formalin dan asam sulfat yang diharapkan penyediaan kebutuhan bahan baku diharapkan proses produksi dapat berjalan dengan lancar dan berkesinambungan. b. Letak Pabrik dengan Daerah Pemasaran Daerah pemasaran paling banyak ada di Jawa dan Kalimantan, di Jawa khususnya ada lebih dari 30 pabrik besar dari industri yang membutuhkan Bab 1 Pendahuluan

12 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 8 novolak, serta diharapkan dengan di bangunkan pabrik di Gresik dapat menjangkau Indonesia bagian tengah dan timur. c. Sarana Transportasi Gresik memiliki sarana transportasi darat dan laut yang sangat memadai karena merupakan jalur utama transportasi di pulau Jawa dan dekat dengan pelabuhan Petrokimia. d. Tenaga kerja Daerah Gresik berada di propinsi Jawa Timur merupakan daerah sentra industri, sehingga kepadatan penduduk yang letaknya di daerah industri biasanya tinggi, sehingga masalah penyediaan tenaga kerja, baik tenaga kerja terdidik maupun tidak terdidik tidak menjadi masalah. e. Utilitas Untuk kebutuhan sarana penunjang seperti listrik dapat dipenuhi dengan adanya jaringan PLN dan generator, sedangkan untuk kebutuhan air dipenuhi PT Petrokimia Gresik dari aliran sungai Bengawan Solo dengan kapasitas suplay m 3 per bulan. f. Kondisi tanah dan daerah Kondisi tanah yang relatif masih luas dan merupakan tanah datar dengan kondisi iklim yang relatif stabil sepanjang tahun sangat menguntungkan untuk pendirian pabrik. Selain itu keadaan tanah di Gresik tidak subur untuk pertanian sehingga tidak mengurangi areal tanah pertanian Bab 1 Pendahuluan

13 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 9 Gambar 1.2 Peta Lokasi Kawasan Industri Gresik 1.4.Tinjauan Pustaka Polimer sintesis yang pertama digunakan dalam skala komersial adalah resin Phenol Formaldehid. Dikembangkan pada permulaan tahun 1900-an oleh kimiawan kelahiran Belgia, Leo Backeland. (Stevan, 1995) Bab 1 Pendahuluan

14 Prarancangan Pabrik Resin 10 Novolak Proses Resin novolak biasanya dibuat melalui metode yang berbeda. Yang pertama melibatkan katalis asam dengan menggunakan phenol berlebih terhadap formaldehid. Dalam hal ini produk awalnya disebut novolak, dan yang kedua melibatkan katalis basa dengan formaldehid yang berlebih terhadap phenol. Produk yang terbentuk disebut dengan resol. Reaksi yang terjadi sebagai berikut : C 6 H 5 OH + CH 2 O H 2SO 4 95 O C, 3 atm 1/8 [C 7 H 6 O] 8 + H 2 O phenol formaldehid resin novolak air ( Stevan, 1995 ) Pembuatan novolak resin merupakan reaksi antara phenol dan formaldehid dengan menggunakan bantuan katalis asam sulfat (H 2 SO 4 ). Reaksi tersebut merupakan reaksi fase cair. Phenol direaksikan dalam fase cair bersama-sama dengan formaldehid dengan katalis asam sulfat dengan komposisi 0,001 dari berat phenol. Katalis asam dengan phenol berlebih menghasilkan suatu produk kondensasi phenol formaldehid yang sangat berbeda dengan produk yang diperoleh melalui katalis basa. Reaksi dijalankan dalam batas yang telah ditentukan yaitu pada suhu 95 o C dengan tekanan konstan3 atm. Dengan perbandingan antara phenol dan formaldehid 10 : 8. kondisi operasi perlu benar-benar dijaga untuk menekan Bab 1 Pendahuluan

15 Prarancangan Pabrik Resin 11 Novolak terbentuknya novolak dengan berat molekul rendah, reaksi berjalan eksotermis yang berarti reaksi menghasilkan panas yang besar. Mekanisme reaksi melibatkan protonasi gugus karbonil yang diikuti subtitusi aromatik elektrofilik pada posisi orto dan para. Di bawah kondisi-kondisi asam reaksi selanjutnya terjadi untuk memberikan jembatan metilena. Hasilnya adalah pembentukan pada tahap-tahap awal polimerisasi. (Stevan, 1985) Jika tidak dipakai phenol berlebih, reaksi kondensasi berlangsung hingga resin tak larut (resit) yang memeliki berat molekul tinggi, sehingga pada prakteknya reaksi berhenti sampai gugus monometilol habis bereaksi Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk Spesifikasi Bahan Baku 1. Phenol a. Sifat fisika Rumus molekul : ( C 6 H 5 OH ) Berat molekul Bentuk : 94,108 kg/kgmol : cair Kemurnian : 89 % Impuritas Δ G 298 Δ H 298 : 11 % H 2 O : -32,89 kj/mol : -96,36 kj/mol ( Kirk & Othmer, 1999 ) Bab 1 Pendahuluan

16 Prarancangan Pabrik Resin 12 Novolak b. Sifat kimia 1. Reaksi antara dimetil eter/dietil sulfat dalam keadaan netral atau alkali lemah akan membentuk Sulfat Eter yaitu Anisol (C 6 C 5 OCH 3 ). 2. Nitrasi phenol dengan HNO 3 encer menghasilkan isomer orto para. ( Perry, 1997 ) 2. Formaldehid a. Sifat-sifat fisis Rumus molekul Berat molekul Bentuk : CH 2 O : 30,026 kg/kgmol : cair Kemurnian : 37 % Spesifik gravity : 1,08 Titik didih Impuritas Δ G 298 Δ H 298 : 98 O C : 2 % CH 3 OH, 61 % H 2 O : -109,91 kj/mol : -115,9kj/mol ( ) b. Sifat kimia - Bereaksi denga n air dapat membentuk metilen gliko CH 2 O + H 2 O HO + CH 2 -OH Bab 1 Pendahuluan

17 Prarancangan Pabrik Resin 13 Novolak - Reaksi dengan asetaldehid dalam lrutan NaOH dapat membentuk pentaerethytritol dan sodium format. CH 2 O + CH 3 -COH + NaOH C(CH 2 OH) 2 + HCOONa ( Kirk & Othmer, 1999) Spesifikasi Bahan Pembantu 1. Asam Sulfat a. Sifat fisik Rumus molekul : H 2 SO 4 Berat molekul : 98,08 Spesifik gravity : 1,4812 Kenampakan : jernih, kekuningan Kemurnian : 98 % b. Sifat Kimia 1. Dengan basa membentuk garam dan air H 2 SO 4 dan NaOH Na 2 SO 4 + 2H 2 O 2. Dengan garam membentuk garam dan asam lain H 2 SO 4 dan 2 NaCl Na 2 SO 4 + 2HCl 3. Dengan alkohol membentuk eter dan air 2C 2 H 5 OH + H 2 SO 4 C 2 H 5 OC 2 H 5 + H 2 O + H 2 SO 4 ( Perry, 1997 ) 3. Natrium Hidroksida a. Sifat fisik Rumus molekul : NaOH Bab 1 Pendahuluan

18 Prarancangan Pabrik Resin 14 Novolak Berat molekul : 40,01 Spesifik gravity : 2,130 Titik didih Titik beku Viskositas : 145 C : 4,4 C : 16 cp Kemurnian : 50 % b. Sifat Kimia 1. Dengan asam membentuk garam dan air H 2 SO 4 dan NaOH Na 2 SO 4 + 2H 2 O 2. Dengan etanol akan menghasilkan natrium etanoat C 2 H 5 OH + NaOH NaOC 2 H 5 + H 2 O ( ) Spesifikasi Produk Novolak Resin a. Rumus molekul : (C 7 H 6 O) 8 Berat molekul Bentuk : 848 kg/kgmol : cair Kemurnian : 94,9 % Impuritas Δ G 298 Δ H 298 : 4 % C 6 H 5 OH, 1,1 % H 2 O : 22,40 kj/mol : - 80 kj/mol ( Kirk & Othmer, 1999) Bab 1 Pendahuluan

19 Prarancangan Pabrik Resin 15 Novolak b. Sifat Kimia 1. Tahan terhadap zat kimia 2. Terurai terhadap asam kuat ( Stevan, 1995 ) Tinjauan Proses secara Umum Pembentukan resin novolak dari phenol dan formaldehid merupakan reaksi polimerisasi fase cair. Reaksi tersebut merupakan reaksi polimerisasi kondensasi yaitu reaksi pembentukan polimer dari monomer-monomer phenol. Reaksi ini merupakan reaksi eksotermis. Reaksi berlangsung di dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB), menggunakan bantuan katalis asam sulfat (H 2 SO 4 ) pada suhu 95 o C dan tekanan 3 atm Kegunaan Produk Novolak Resin paling banyak digunakan untuk : o solven dalam industri cat, lak dan vernis. o bahan tambahan dalam industri plastik. o solven pada cetakan, laminating, dan panel pada dinding dekorasi. o bahan perekat, khususnya untuk kayu lapis dan particle board. o bahan onderdil pada mesin sebagai pengganti logam. Bab 1 Pendahuluan

20 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 16 BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk a. Phenol Rumus molekul Berat molekul Kenampakan Kemurnian Impuritas : C 6 H 5 OH : 94, 108 gr/grmol : tidak berwarna, berbau sedikit menusuk : 89 % C 6 H 5 OH : 11 % H 2 O ( Kirk & Othmer, 1999 ) b. Formaldehid Rumus molekul Berat molekul Kenampakan Kemurnian Impuritas : CH 2 O : 30,026 gr/grmol : tidak berwarna, berbau menyengat : 37 % CH 2 O : 2 % CH 3 OH 61 % H 2 O ( 31 Agustus 2010 ) c. Asam Sulfat ( sebagai katalis ) Rumus molekul : H 2 SO 4 Berat molekul : 98,08 gr/grmol Bab II Deskripsi proses

21 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 17 Kenampakan : jernih kekuningan Kemurnian : 98 % H 2 SO 4 Impuritas : 2 % H 2 O Spesifik gravity : 1,4812 ( Kirk & Othmer, 1999 ) c. Natrium Hidroksida Rumus molekul Berat molekul Kemurnian Impuritas : NaOH : 40,01 gr/grmol :50 % NaOH : 50 % H 2 O ( Perry, 1997 ) d. Resin Novolak Rumus molekul : ( C 7 H 6 O)n Berat molekul : gr/grmol Spesifik gravity : 1,041 gr/cc Komposisi kandungan produk Novolak Resin : Kemurnian :94,9 % Impuritas C 6 H 5 OH : 4 % H 2 O : 1,1 % ( Stevan, 1995 ) Bab II Deskripsi proses

22 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Konsep Proses Dasar Reaksi Pembuatan resin novolak ( C 7 H 6 O)n merupakan reaksi antara phenol dan formaldehid dengan reaksi polimerisasi yang dapat digambarkan sebagai berikut : C 6 H 5 OH + CH 2 O H 2SO 4 95 O C, 3 atm 1/8 [C 7 H 6 O] 8 + H 2 O Reaksi berlangsung dalam fase cair cair, oleh karena itu reaktor yang dipilih adalah reaktor alir tangki berpengaduk. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis sehingga untuk mempertahankan suhu reaktor digunakan pendingin. ( Kirk & Othmer, 1999 ) Kondisi Operasi Reaksi pembuatan novolak resin ini berlangsung pada kondisi operasi: Temperatur Tekanan Fase Sifat reaksi Katalis : 95 O C : 3 atm : cair cair : reaksi searah, eksotermis : H 2 SO 4 0,1 % phenol ( Kirk & Othmer, 1999 ) Bab II Deskripsi proses

23 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Mekanisme Reaksi Reaksi pembuatan novolak resin dari phenol dan formaldehid dengan katalis asam sulfat merupakan reaksi polimerisasi. Mekanisme reaksinya adalah : 1. Protonasi dari formaldehid 2. Substitusi aromatik elektrofilik Novolak dengan posisi orto dan para Hasil dari posisi orto dan posisi para adalah : ( Stevan, 1995 ) Bab II Deskripsi proses

24 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Tinjauan Kinetika Ditinjau dari kinetika reaksi antara phenol dengan formaldehid termasuk reaksi orde 2, searah ( irreversibel ). Reaksi : CH 2 O + C 6 H 5 OH 4 2 SO H 1/8 ( C 7 H 6 O)8 + H 2 O Dengan perbandingan mol umpan formaldehid terhadap phenol adalah 8 : 10, maka didapatkan berat molekul rata rata untuk resin novolak adalah 850 kg/kmol. Penentuan Jumlah monomer, derajad polimerisasi ( DP ): DP = = BMrerata BMgugusmonomer 850kg/ kmol 106,118kg/ kmol DP = 8,009 Jadi untuk membentuk polimer dengan berat molekul 850 kg/kgmol diperlukan 8,009 grek C6H5OH. Persamaan derajad polimerisasi: DP = 8,009 = 1 r 1 r 2. p. r 1 0,8 1 0,8 (2 p 0,8) Keterangan: p = 0,9845 DP : derajad polimerisasi Bab II Deskripsi proses

25 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 21 r p : rasio formaldehide dan phenol : konversi ( Stevan, 1995 ) Didapat harga konversi dari formaldehid ( Xa ) adalah 98,45%. Perhitungan konstanta kecepatan reaksi: A + P N + W Perrsamaan kecepatan reaksi untuk orde 2 : ( -ra ) = k1.c A.C P (Levenspiel,hal 103 ) = V/Fv = CA O.x A /( -ra ) Apabila CA = CA O ( 1- x A ) Cp = Cpo - (CA0 x A ) dan C N = C W = CA O.x A Dalam ini : C AO = konsentrasi formaldemula- mula ( Kmol/L ) Cpo = konsentrasi phenol mula mula ( Kmol/L ) = waktu tinggal V = volume reaktor ( L ) Fv = laju alir ( kmol/jam ) x A = konversi formaldehid Data kinetika : = waktu tinggal = 2-4 jam, dipilih = 2 jam untuk konversi 0,9845 pada suhu 95 O C ( Odian,1991) C AO /C PO = 8/10 R=C PO /C AO = 1.25 Bab II Deskripsi proses

26 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 22 Perhitungan reaktor RATB: C AO. x V/v o = ( r ) A A (-ra) = k.c A Cp C A =C AO.(1-x A ) C P =C PO - (C AO x A ) (-ra) = k.c 2 AO (1- x A )(R-x A ) V/v o = k. C 2 AO C AO [(1 x. x A A )( R x A )] = xa k. C [(1 xa)( R xa)] AO Dari keduas persamaan diatas apabila dimodifikasi akan didapatkan persamaan : xa k. C AO (1 x A)( R xa) = (0.004).( )( ) = 2,99 x 10 4 L/Kmol. Jam Tinjauan Thermodinamika Perhitungan harga tetapan konstanta kesetimbangan (K) dapat ditinjau dari persamaan : G = -RT ln K Bab II Deskripsi proses

27 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 23 Dengan : G R K : tenaga Gibbs standart (KJ/mol) : tetapan gas ideal : konstanta kesetimbangan CH 2 O + C 6 H 5 OH Data energi Gibbs Δ G 298 : 4 H SO 2 1/8 [C 7 H 6 O] 8 + H 2 O (J Smith Vannes,1985) Phenol -32,89 kj/mol Formaldehid -109,91 kj/mol Novolak Resin 22,40 kj/mol Air -237,129 kj/mol G f = G f produk - G f reaktan = ( 22, ,129 ) (-32, ,91 ) kj/mol = -71,929 kj/mol = j/mol Gf = - RT ln K j/mol = - 8,314 J/mol. K x 298 K x ln K ln K = 29,032 K = 4,059 x Bab II Deskripsi proses

28 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 24 Phenol 96,36 kj/mol Formaldehid 115,9 kj/mol Novolak Resin 80 kj/mol Air 285,83 kj/mol Maka panas pembentukan standar (Δ H 298 ) : Δ H 298 = Δ H 298 produk - Δ H 298 reaktan = (- 80 ( - 285,83 ) ) (-96,36 (-115,9 )) = -153,57 KJ/mol = J/mol Tanda negatif berarti, reaksi tersebut bersifat eksotermis. Besarnya konstanta kesetimbangan reaksi dapat dicari dengan rumus Clausius Claperion: Dari Smith Van Ness Equation (15.17) K ln K H R 1 x Tr T dengan : 298 K 368 K 298 T r R = Konstanta kesetimbangan pada suhu 368 K = Konstanta kesetimbangan pada suhu 298 K = Suhu reaksi, 368 K = Tetapan gas ideal =8,314 kj/mol.k Bab II Deskripsi proses

29 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 25 H 298K = Panas reaksi standar pada 298 K (Smith & VanNess,1985) K 368 ln 12 4,059x j / mol 1 1 = 8,314 j / molk K 368 ln 12 4,059x10 = -11,7904 K 368 4,059x10 12 = 7,5766 x 10-6 K 368 = 3,075 x Karena harga konstanta kesetimbangan sangat besar maka reaksi termasuk irreversible. 2.3 Diagram alir kualitatif Dapat dilihat pada gambar Diagram alir kuantitatif Dapat dilihat pada gambar Diagram alir proses Dapat dilihat pada gambar Langkah proses Proses pembuatan resin novolak dari bahan baku phenol dan formaldehid dapat dibagi dalam 3 tahap, yaitu : a. Tahap penyiapan bahan baku Formaldehid dengan kemurnian 37 % dan H 2 SO 4 sebagai katalis diaduk kemudian dialirkan phenol dari tangki penyimpanan menuju ke reaktor. Bab II Deskripsi proses

30 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 26 b. Tahap Reaksi Dalam Reaktor Reaksi antara phenol dan formaldehid merupakan reaksi orde 2 yang bersifat eksotermis yang terjadi dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB), menggunakan katalis asam sulfat. Larutan umpan reaktor terdiri dari larutan fresh feed phenol, larutan formaldehid, dan larutan asam sulfat ( sebagai katalis ) serta larutan recycle dari produk bawah Menara Destilasi 1 ( MD-01 ) dan produk bawah Menara Destilasi 2 ( MD-02 ). Larutan produk reaktor dengan suhu 95 O C, 3 atm kemudian dipisahkan dengan menggunakan flashdrum yang sebelumnya tekanan diturunkan menjadi 1 atm dengan menggunakan ekspantion valve. Hasil bawah flashdrum yang banyak mengandung resin novolak dilakukan proses netralisasi asam sulfat ( H 2 SO 4 ) dengan menggunakan NaOH. Produk Netraliser kemudian di pisahkan untuk mendapatkan resin novolak sesuai dengan spesifikasi pasar, sedang produk yang lain dimurnikan kembali. Produk atas dari falshdrum juga dimurnikan untuk dikembalikan ke reaktor sebagai umpan. c. Tahap Pemurnian Hasil Larutan produk reaktor dengan suhu 95 O C, 3 atm kemudian dipisahkan dengan menggunakan flashdrum yang sebelumnya tekanan diturunkan menjadi 1 atm dengan menggunakan ekspantion valve. Hasil bawah flashdrum yang banyak mengandung resin novolak Bab II Deskripsi proses

31 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 27 dilakukan proses netralisasi asam sulfat ( H 2 SO 4 ) dengan menggunakan NaOH. Produk Netraliser kemudian di pisahkan untuk mendapatkan resin novolak sesuai dengan spesifikasi pasar, sedang produk yang lain dimurnikan kembali. Produk atas dari falshdrum juga dimurnikan untuk dikembalikan ke reaktor sebagai umpan. 2.7 Neraca Massa dan Neraca Panas Produk : resin novolak 95,2 % Kapasitas perancangan : ton/tahun Waktu operasi selama 1 tahun : 330 hari Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam Neraca Massa Tabel 2.1 Neraca Massa Total arus ( kg / jam ) komponen CH2O 763, , ,833 11, CH3OH 30, , ,951 30, H2O 1268,974 0, , ,577 3, , ,916 4,623 0,832 3,791 C6H5OH , , ,112 3, , , ,765 H2SO4 0 3, , [C7H6O]n , , ,704 0, ,704 NaOH , Na2SO , , ,517 jumlah 2063,372 3, , ,295 6, , , , , ,777 Bab II Deskripsi proses

32 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 28 a. Neraca massa di reaktor Tabel 2.2 Neraca Massa di reaktor MASUK KELUAR Arus 1,2,3 Arus 4 KMOL KG KMOL KG CH2O 25, ,448 0,394 11,833 CH3OH 0,967 30,951 0,967 30,951 H20 17, ,608 42, ,577 C6H5OH 31, ,171 6, ,112 H2SO4 0,032 3,117 0,032 3,117 C7H60 0,000 0,000 3, ,704 75, ,295 53, ,295 b. Neraca massa di Netraliser Tabel 2.3 Neraca Massa di Netraliser Arus 4 Arus 5 Arus 6 Komponen kmol kg kmol kg kmol kg CH2O 0,394 11, ,394 11,833 CH3OH 0,967 30, ,967 30,951 H20 42, ,577 0,212 3,817 42, ,539 C6H5OH 6, , , ,112 H2SO4 0,032 3, ,000 0,000 C7H60 3, , , ,704 NaOH 0 0 0,064 2, Na2SO ,032 4,517 Jumlah 53, ,295 0,276 6,362 54, ,657 Bab II Deskripsi proses

33 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 29 c. Neraca massa di Menara Destilasi Tabel 2.4 Neraca Massa di Menara Destilasi Arus 6 Arus 7 Arus 8 komponen kmol/j kg/jam kmol/j kg/jam kmol/j kg/jam CH2O 0,394 11,833 0,394 11, CH3OH 0,967 30,951 0,967 30, H20 42, ,539 42, ,916 0,257 4,623 C6H5OH 6, ,842 0,041 3,815 6, ,027 C7H60 3, , , ,704 Na2SO4 0,032 4, ,032 4,517 total 54, ,387 43, ,515 10, ,871 d. Neraca massa di Dekanter Tabel 2.5 Neraca Massa di Dekanter arus 8 arus 9 arus 10 Komp kmol kg kmol/j kg/jam kmol/j kg/jam CH2O CH3OH H20 0,257 4,623 0,046 0,832 0,211 3,791 C6H5OH 6, ,027 5, ,262 1, ,765 C7H60 3, , , ,704 Na2SO4 0,032 4, ,032 4,517 Jumlah 10, ,871 5, ,094 4, ,777 Bab II Deskripsi proses

34 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Neraca Panas Tabel 2.6 Kapasitas Panas Komponen Kapasitas panas ( Kj/kmol ) Cp=A+BT+CT 2 +DT 3 komp A B C D CH2O E-05 CH3OH E-06 H E-07 C6H5OH E-06 H2SO E-06 C7H NaOH E E-09 Na2SO E-08 a. Neraca panas di reaktor Tabel 2.7 Neraca Panas di Reaktor Input Output Keterangan (kj/jam) (kj/jam) Panas yang dibawa umpan Panas yang dibawa produk Panas reaksi Panas diserap pendingin Jumlah Bab II Deskripsi proses

35 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 31 b. Neraca panas di Netraliser Keterangan Tabel 2.8 Neraca Panas di Netraliser Input (kj/jam) Output (kj/jam) Panas yang dibawa umpan Panas yang dibawa produk Panas reaksi Panas diserap pendingin 0 0 total c. Neraca panas di Menara Destilasi II Tabel 2.9 Neraca Panas di Menara Destilasi II Input Keterangan (kj/jam) Output (kj/jam) panas yang dibawa umpan panas pada reboiler panas yang dibawa destilat panas yang dibawa bottm panas pada kondensor jumlah Bab II Deskripsi proses d. Neraca panas di Dekanter Keterangan Tabel 2.10 Neraca Panas di Dekanter Input (kj/jam) Panas yang dibawa umpan Output (kj/jam) Panas yang dibawa produk atas Panas yang dibawa produk bawah total

36 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 32 REAKTOR NETRALISER MENARA DISTILASI DEKANTER H2SO4 H2O CH2O CH3OH H20 C6H5OH H2SO4 C7H NaOH H2O 1 146,43 6 CH2O CH3OH H20 C6H5OH C7H60 Na2SO4 1,2 114,56 1,1 101,75 7 CH2O CH3OH H20 C6H5OH 1,2 152,05 8 H20 C6H5OH C7H60 Na2SO ,05 9 H20 C6H5OH 1 152,05 10 H20 C6H5OH C7H60 Na2SO4 PELLETISER Gambar 2. 1 Diagram Alir Kualitatif Bab II Deskripsi proses

37 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 33 REAKTOR NETRALISER MENARA DISTILASI DEKANTER ,43 6 1,1 101,75 7 1,2 114,56 1,2 152, , ,05 10 PELLETISER Gambar 2. 2 Diagram Alir Kuantitatif Bab II Deskripsi proses

38 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 34 T-04 NaOH TC LC TIC 35 HW CW ,345 atm 200 FC 1 DIAGRAM ALIR PROSES PRARANCANGAN PABRIK RESIN NOVOLAK DARI PHENOL DAN FORMALDEHID KAPASITAS TON PER TAHUN PC 1,1 CD 101,75 AC 1 FC P-02 T-01 formaldehid T-02 Asam sulfat T-03 phenol ,1 93,36 steam R LC 193,13 95 RB-01 LC TC 1,2 152, ,2 114,56 D MD 1,2 152,05 152,05 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET KETERANGAN: T : Tangki AC : Accumulator CD : Condensor D : Dekanter Pel : Pelletizer HE : Heat Exchanger MD : Menara Distilasi P : Pompa R : Reaktor RB : Reboiler LI : Level Indicator TI : Temperature Indicator PI : Pressure Indicator CW : Cooling Water HW : Hot Water LC : Level Controller FC : Flow Controller TC : Temperature Controller PC : Pressure Controller S : Steam 152,05 : Elektrik : Mekanik N CW : Pneumatik : Nomor Arus : Suhu, o C : Tekanan, Atm PACKER DIAGRAM ALIR PROSES PRARANCANGAN PABRIK RESIN NOVOLAK DARI PHENOL DAN FORMALDEHID KAPASITAS TON PER TAHUN 146,43 Digambar Oleh : HE-01 Mamiek Wijayanti I Nur Wika Arintiani I Dosen Pembimbing: Ir. Muljadi, MSi LI LI LI LI FC FC FC FC 1 3 HW PC TC P-01 Bab II Deskripsi proses

39 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Lay Out Pabrik dan Peralatan Lay Out Pabrik Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja para pekerja serta keselamatan proses. Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah : 1. Pabrik Novolak Resin ini merupakan pengembangan, sehingga penentuan lay out dibatasi oleh bangunan yang ada. 2. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa depan. 3. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan, maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan panas, dan dari bahan yang mudah meledak, juga jauh dari asap atau gas beracun. 4. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah outdoor untuk menekan biaya bangunan dan gedung, dan juga karena iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secara outdoor. 5. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian dan pengaturan ruangan / lahan. (Vilbrant, 1959) Bab II Deskripsi proses

40 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 36 Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu : a. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual b. Daerah proses Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung. c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk. Merupakan daerah untuk tangki bahan baku dan produk. d. Daerah gudang, bengkel dan garasi. Merupakan daerah untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses. e. Daerah utilitas Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan. (Vilbrant, 1959) Bab II Deskripsi proses

41 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Lay Out Peralatan Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pada pabrik Novolak Resin, antara lain : 1. Aliran bahan baku dan produk Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan ekonomi yang besar serta menunjang kelancaran dan keamanan produksi. 2. Aliran udara Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses perlu diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja. 3. Cahaya Penerangan seluruh pabrik harus memadai dan pada tempattempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan. 4. Lalu lintas manusia Dalam perancangan lay out pabrik perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dangan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat Bab II Deskripsi proses

42 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 38 proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalani tugasnya juga diprioritaskan. 5. Pertimbangan ekonomi Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik. 6. Jarak antar alat proses Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan. (Vilbrant, 1959) Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga : - Kelancaran proses produksi dapat terjamin - Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia - Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan produktifitas kerja disamping keamanan yang kerja Bab II Deskripsi proses

43 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 39 AREA PERLUASAN AREA UTILITAS LABORATORIUM PEMADAM KEBAKARAN BENGKEL AREA PROSES GUDANG AREA PARKIR TRUK Jalan Bahan Baku dan Produk Jalan Bahan Baku dan Produk GARASI POLIKLINIK MUSHOLA KANTIN KANTIN MUSHOLA KANTOR PARKIR MOBIL RUANG SERBA GUNA POS POS Jalan Raya Gambar 2.4 Lay out Pabrik Bab II Deskripsi proses

44 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 40 T-01 T-02 T-03 T-04 R FD N MD-01 MD-02 D PELLETIZER Keterangan : T-01 : Tangki phenol T-02 : Tangki Formaldehid Md 1 : Menara Destilasi I Md 1I : Menara Destilasi II T-03 : Tangki Asam Sulfat T-04 : Tangki NaOH N D : Netraliser : Dekanter R : Reaktor Pell : Pelletizer Fd : Flashdrum Gambar 2.5 Lay Out Peralatan Bab II Deskripsi proses

45 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 41 BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES 3.1. Reaktor Kode Fungsi : R : Sebagai tempat berlangsungnya reaksi antara reaktan phenol dan formaldehid yang menghasilkan produk Novolak resin dengan hasil samping berupa air. Tipe : RATB ( Reaktor Alir Tangki Berpengaduk ) Jumlah : 1 Volume : 9353,354 L Kondisi Operasi : T = 95 ºC P = 3 atm Waktu Tinggal Material Diameter Tinggi Tebal shell Jenis head Tebal head Tinggi head : 2 jam : Low-alloy steel SA-204 grade C : 2,427 m : 2,427 m : 0,3125 in : elliptical dished head : 0,4375 in : 0,5154 m : 1,691 commit ft to user Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

46 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 42 Tinggi Total : 3,4575 m : 144,0610 in : 11,3434 ft Pendingin Tipe Susunan koil : koil : Helix Bahan Pendingin : air sungai Jumlah lilitan IPS Diameter luar :11 buah : 3 in : 3,5 in SN : 40 Diameter dalam : 3,068 in Diameter helix : 1,699 m Jarak antar lilitan : 0,140 m Tinggi koil : 2,421 m Pengaduk Jenis : Flat Blade Turbine dengan baffle Jumlah : 1 buah Diameter : 0,5392 m Kecepatan putar : 73 rpm Motor : 7,5 hp Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

47 Prarancangan Pabrik Resin Novolak NETRALISER Kode Fungsi Tipe : N : Sebagai tempat menetralkan H2SO4 produk dari reaktor : Tangki berpengaduk Kondisi opersi Tekanan Suhu :1 atm : 146,43 C Waktu tinggal : 0,5 jam Spesifikasi Diameter Tinggi : 3,503 ft : 7,007 ft Volume : 67,507 ft 3 Tebal shell : 0,188 in Jenis head :Torisperical dished head Tebal head : in Material :Carbon stell SA 283 Grade C 3.3. Menara Destilasi Kode Fungsi : MD : Memisahkan produk dari impuritas yang tidak menguntungkan Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

48 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 44 Tipe Material P : Sieve plate tower : Carbon Steel SA 283 garde C : 1,2 atm Kondisi operasi Puncak : T = 103,98 o C Bawah : T = 152,05 o C Shell /Kolom Diameter : 1,362 m Tinggi total : 9,917 m Tebal shell atas : 0,1875 in Tebal shell bawah : 0,1875 in Head Tipe : Torispherical head Tebal head atas : 0,1875 in Tebal head bawah : 0,1875 in Plate Tipe : Sieve tray Jumlah plate : 7 ( tanpa reboiler) Plate spacing : 0,4 m Plate umpan : Plate ke 4 dari bawah Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

49 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Reboiler Kode Fungsi Tipe Beban panas Luas transfer panas : RB : Memanaskan produk bawah Menara Distilasi : Double pipe heat exchanger : ,706 Btu/jam : 198,824 ft2 Pipa dalam Fluida : hasil bawah Menara Distilasi Kapasitas : 7268,282 lb/jam Material : Carbon Steel SA 283 grade C Delta P : 0,1510 Psi Suhu : T in = 152,05 o C T out = 193,13 o C IPS : 2 in OD : 2,38 in SN : 40 ID : 2,067 in Panjang hair pin : 12 ft Jumlah hair pin : 23 Pipa luar Fluida : saturated steam Kapasitas : 2613,679 lb/jam Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

50 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 46 Material : Carbon Steel SA 283 grade D Delta P : 9,16E-08 Psi Suhu : T in = 200 o C T out = 200 o C IPS : 1,25 in OD : 1,66 in SN : 40 ID : 1,38 in Uc : 220,746 Btu/j.F.ft 2 Ud : 124,374 Btu/j.F.ft 2 Rd required : 0,00315 j.f.ft 2 /Btu Rd : 0,003 j.f.ft 2 /Btu 3.5.Kondensor Kode Fungsi : CD : Mengembunkan hasil atas menara distilasi sebagai refluk Tipe Beban panas Luas transfer panas : Double Pipe Heat Exchanger : ,034 Btu/jam : 134,762 ft2 Pipa dalam Fluida : air sungai Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

51 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 47 Kapasitas : 5757,853 lb/jam Suhu : T in = 35 o C T out = 45 o C IPS : 2 in OD : 2,38in SN : 80 Pipa luar Fluida : produk atas Menara Distilasi Kapasitas : 1791,27 lb/jam Material : Carbon Steel SA 283 grade C Delta P : 1,151E-08 psi Suhu : T in = 101,75 T out = 93,36 o C o C IPS : 3 in OD : 3,5 in SN : 40 Panjang hair pin : 15 ft Jumlah hair pin : 8 Uc : 81,995 Btu/j.F.ft 2 Ud : 65,283 Btu/j.F.ft 2 Rd required : 0,003 j.f.ft 2 /Btu Rd : 0,00335 j.f.ft 2 /Btu Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

52 Prarancangan Pabrik Resin Novolak DEKANTER Kode : D Fungsi : Sebagai tempat pemisahan produk ( Novolak Resin ) dari phenol yang akan dikembalikan sebagai umpan reaktor Tipe : Horisontal drum Kondisi opersi Suhu : 152,05 C Tekanan :1 atm Waktu tinggal: 25 menit Spesifikasi Diameter : 2,720 ft Panjang Volume : 8,159 ft : 47,376 ft3 Tebal shell : 0,1875 in Jenis head :Torisperical dished head Tebal head : 0,1875 in Material :Carbon stell SA 283 Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

53 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Heat Exchanger Kode Fungsi : HE : Mendinginkan produk Netraliser sebagai umpan Menara Distilasi Tipe Jumlah Beban panas Luas transfer panas : Double pipe heat exchanger : 1 buah : ,319 Btu/jam : 16,469 ft2 Pipa dalam Fluida : produk Netraliser Kapasitas : 9057,945 lb/jam Material : Carbon Steel SA 283 grade C Delta P : 2,01E-07 psi Suhu : T in = 146,430 o C T out = 114,556 o C IPS : 1,25 in OD : 1,66 in SN : 40 ID : 1,38 in Panjang hair pin : 15 ft Jumlah hair pin : 2 Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

54 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 50 Pipa luar Fluida : air sungai Kapasitas : 404,870 lb/jam Material : Carbon Steel SA 283 grade D Delta P : 0,298 psi Suhu : T in = 35 T out = 45 o C o C IPS : 2 in OD : 2,38 in SN : 40 ID : 2,067 in Uc Ud Rd required Rd : 66,552 BTU / hr. Ft2. F : 50,011 BTU / hr. Ft2. F : 0,003 hr. ft2. F / BTU : 0,004 hr. ft2. F / BTU 3.7. Tangki Phenol Kode : T-01 Fungsi Tipe : Menyimpan Phenol selama 7 bulan : Tangki silinder tegak dengan dasar datar ( falt bottom ) dan bagian atas berbentuk kerucut ( conical ) Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

55 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 51 Kondisi operasi : T = 30 o C P = 1 atm Material Kapasitas : Carbon steel SA-283 grade C : ,6748 ft3 Diameter : 160 ft Tinggi : 30 ft Tebal shell : course 1 = 3,000 in course 2 = 2,750 in course 3 = 2,500 in course 4 = 2,500 in course 5 = 2,000 in Tebal head Tinggi head Tinggi total : 0,5 in : 5,46 ft : 34,6 ft 3.8. Tangki Asam Sulfat Kode : T-02 Fungsi Tipe : Menyimpan asam sulfat selama 6 bulan : Tangki silinder tegak dengan dasar datar ( falt bottom ) dan bagian atas berbentuk kerucut ( conical ) Jumlah : 1 buah Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

56 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 52 Kondisi operasi : T = 30 o C P = 1 atm Material : Carbon steel SA-283 grade C Kapasitas : 320,635 ft3 Diameter Tinggi : 10 ft : 12 ft Tebal shell : Course 1 = 0,27 in Course 2 = 0,25 in Tebal head Tinggi head Tinggi total : 0,25 in : 1,82 ft : 13, 82 ft 3.9. Tangki Formaldehid Kode : T-03 Fungsi Tipe : Menyimpan formaldehid selama 6 bulan : Tangki silinder tegak dengan dasar datar ( falt bottom ) dan bagian atas berbentuk kerucut ( conical ) Kondisi operasi : T = 30 o C P = 1 atm Material Kapasitas Diameter : Carbon steel SA-283 grade C : ,343 ft3 : 140 commit ft to user Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

57 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 53 Tinggi : 30 ft Tebal shell : course 1 = 2,5 in course 2 = 2,25 in course 3 = 2,25 in course 4 = 2 in course 5 = 1,75 in Tebal head Tinggi head Tinggi total :1,75 in : 6,12 ft : 36,124 ft Pompa 1 Kode : P-01 Fungsi Tipe : Memompa produk Netraliser ke Menara Destilasi : sentrifugal Jumlah : 1 Kapasitas (gpm) : 16,73 Tenaga pompa Tenaga motor NPSH required NPSH available : 0,166 Hp : 0,25 Hp : 2,59 ft : 12,3 ft Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

58 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 54 Pipa Nominal = 1 in SN = 40 ID pipa = 1,315 in OD pipa = 1,049 in A inside = 0,006 ft Pompa 2 Kode : P-02 Fungsi : Mengalirkan hasil atas Menara Destilasi sebagai refluk umpan ke menara destilasi Tipe : sentrifugal Jumlah : 1 Kapasitas (gpm) : 6,808 Tenaga pompa Tenaga motor NPSH required NPSH available : 0,125 Hp : 0,16 Hp : 1,007 ft : 53,125 ft Pipa Nominal = 1 in SN = 40 OD pipa = 1,315 in ID pipa = 1,049 in A inside = 0,006 ft 2 Bab III Spesifikasi Peralatan Proses

59 Prarancangan Pabrik Resin Novolak BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES 4.1. Unit Pendukung Proses Unit pendukung proses atau yang lebih dikenal dengan sebutan utilitas merupakan bagian penting untuk penunjang proses produksi dalam pabrik. Utilitas di pabrik resin novolak yang dirancang antara lain meliputi unit pengadaan air, unit pengadaan steam, unit pengadaan udara tekan, unit pengadaan listrik, dan unit pengadaan bahan bakar. Unit pendukung proses yang terdapat dalam pabrik resin novolak adalah: 1. Unit pengadaan air Unit ini bertugas menyediakan dan mengolah air untuk memenuhi kebutuhan air sebagai berikut: a. Air umpan boiler b. Air konsumsi umum dan sanitasi c. Air pendingin 2. Unit pengadaan steam Unit ini bertugas untuk menyediakan kebutuhan steam sebagai media pemanas pada Reboiler. Bab IV Unit Pendukung Proses 55

60 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Unit pengadaan udara tekan Unit ini bertugas untuk menyediakan udara tekan untuk kebutuhan instrumentasi pneumatic, untuk penyediaan udara tekan di bengkel, dan untuk kebutuhan umum yang lain. 4. Unit pengadaan listrik Unit ini bertugas menyediakan listrik sebagai tenaga penggerak untuk peralatan proses, keperluan pengolahan air, peralatan - peralatan elektronik atau listrik AC, maupun untuk penerangan. Listrik dipenuhi dari PLN dengan jumlah 450 KW.dan generator sebagai cadangan bila listrik dari PLN mengalami gangguan. 5. Unit pengadaan bahan bakar Unit ini bertugas menyediakan bahan bakar untuk boiler dan generator Unit Pengadaan Air Air umpan boiler, air konsumsi umum dan sanitasi yang digunakan adalah air olahan yang diperoleh dari PT.Petrokimia Gresik sebanyak m 3 per bulan yang diambil dari sungai Bengawan Solo Air pendingin Air pendingin yang digunakan untuk mendinginkan fluida panas di HE ( heat exchanger ), kondenser, serta mendinginkan reaktor. Bab IV Unit Pendukung Proses

61 Prarancangan Pabrik Resin Novolak Air Umpan Boiler Untuk kebutuhan umpan boiler, sumber air yang digunakan adalah air olahan yang diperoleh dari PT.Petrokimia Gresik yang diambil dari sungai Bengawan Solo. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam penanganan air umpan boiler adalah sebagai berikut: a. Kandungan yang dapat menyebabkan korosi Korosi yang terjadi di dalam boiler disebabkan karena air mengandung larutan-larutan asam dan garam-garam terlarut b. Kandungan yang dapat menyebabkan kerak (scale reforming) Pembentukan kerak disebabkan karena kesadahan dan suhu yang tinggi, yang biasanya berupa garam-garam silikat dan karbonat c. Kandungan yang dapat menyebabkan pembusaan (foaming) Air yang biasanya diambil dari proses pemanasan bisa menyebabkan foaming pada boiler, karena adanya zat-zat organik, anorganik, dan zat-zat tidak larut dalam jumlah yang besar. Efek pembusaan terjadi pada alkalinitas tinggi. Pengolahan Air Umpan Boiler Air yang berasal dari air olahan yang diperoleh dari PT Petrokimia Gresik yang diambil dari sungai Bengawan Solo belum memenuhi persyaratan untuk digunakan sebagai air umpan boiler, sehingga harus menjalani proses pengolahan terlebih dahulu. Air umpan Bab IV Unit Pendukung Proses

62 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 58 boiler harus memenuhi persyaratan tertentu agar tidak menimbulkan masalah-masalah, seperti: Pembentukan kerak pada boiler Terjadinya korosi pada boiler Pembentukan busa di atas perrmukaan dalam drum boiler Tahapan pengolahan air agar dapat digunakan sebagai air umpan boiler meliputi: a. Filtrasi b. Demineralisasi c. Deaerasi Air Konsumsi Umum dan Sanitasi Air ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan air minum, laboratorium, kantor, perumahan, dan pertamanan. Air konsumsi dan sanitasi harus memenuhi beberapa syarat yang meliputi syarat fisik, syarat kimia, dan syarat bakteriologis. Syarat fisik : Suhu air sama dengan suhu lingkungan Warna jernih Tidak mempunyai rasa dan tidak berbau Syarat kimia: Bab IV Tidak mengandung zat organik maupun zat anorganik Unit Pendukung Proses

63 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 59 Tidak beracun Syarat bakteriologis: Tidak mengandung bakteri-bakteri, terutama bakteri yang pathogen Pengolahan Air Pengolahan air untuk kebutuhan pabrik meliputi pengolahan secara fisik dan kimia, penambahan desinfektan maupun penggunaan ion exchanger. Pengolahan air melalui beberapa tahapan: a. Sand filter Air baku dari air olahan yang diperoleh dari PT.Petrokimia Gresik yang diambil dari sungai Bengawan Solo ditampung dalam bak penampung awal. Dari bak penampung awal dialirkan ke filter. Filter yang digunakan adalah jenis gravity sand filter dengan menggunakan pasir kasar dan halus. Lalu air yang telah disaring ditampung ke bak penampung, dari bak penampung air dipompakan ke tangki air konsumsi dan ke unit demineralisasi b. Unit demineralisasi Unit ini berfungsi untuk menghilangkan mineral-mineral yang terkandung dalam air seperti Ca 2+, Mg 2+, K +, Fe 2+, Al 3+, HCO - 3, SO 2-4, Cl - dan lain-lain dengan bantuan resin. Air yang diperoleh Bab IV adalah air bebas mineral yang sebagian akan diproses lebih lanjut Unit Pendukung Proses

64 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 60 menjadi air umpan boiler dan lainnya sebagai air proses. Demineralisasi diperlukan karena air umpan ketel dan air proses membutuhkan syarat-syarat sebagai berikut: Tidak menimbulkan kerak pada boiler maupun pada tube alat penukar panas jika steam digunakan sebagai pemanas. Kerak akan mengakibatkan turunnya efisiensi operasi. Babas dari semua gas-gas yang mengakibatkan terjadinya korosi, terutama gas O 2 dan gas CO 2 Air diumpankan ke cation exchanger yang berfungsi untuk menukar ion-ion positif/kation (Ca 2+, Mg 2+, K +, Fe 2+, Al 3+ ) yang ada di air umpan. Alat ini sering disebut softener yang mengandung resin jenis hydrogen-zeolite dimana kation-kation dalam umpan akan ditukar dengan ion H + yang ada pada resin. Akibat tertukarnya ion H + dari kation-kation yang ada dalam air umpan, maka air keluaran cation exchanger mempunyai ph rendah (3,7) dan Free Acid Material (FMA) yaitu CaCO 3 sekitar 12 ppm. FMA merupakan salah satu parameter untuk mengukur tingkat kejenuhan resin. Pada operasi normal FMA stabil sekitar 12 ppm, apabila FMA turun berarti resin telah jenuh sehingga perlu diregenerasi dengan H 2 SO 4 dengan konsentrasi 4 % Bab IV Unit Pendukung Proses

65 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 61 Air keluaran cation exchanger kemudian diumpankan ke degassifier, untuk menghilangkan gas CO 2 dengan cara menggelembungkan udara ke dalam air menggunakan blower. Air kemudian diumpankan ke anion exchanger. Anion exchanger berfungsi sebagai alat penukar anion-anion (HCO - 3, SO 2-4, Cl -, NO + 3, dan CO - 3 ) yang terdapat di dalam air umpan. Di dalam anion exchanger mengandung resin jenis Weakly Basic Anion Exchanger (WBAE) dimana anion-anion dalam air umpan ditukar dengan ion OH - dari asam-asam yang terkandung di dalam umpan exchanger menjadi bebas dan berkaitan dengan OH - yang lepas dari resin yang mengakibatkan terjadinya netralisasi sehingga ph air keluar anion exchanger kembali normal dan ada penambahan konsentrasi OH - sehingga ph akan cenderung basa. Batasan yang diijinkan ph (8,8-9,1), kandungan Na + = 0,08-2,5 ppm. Kandungan silica pada air keluaran anion exchanger merupakan titik tolak bahwa resin telah jenuh (12 ppm). Resin digenerasi menggunakan larutan NaOH 4%. Air keluaran cation dan anion exchanger ditampung dalam tangki air demineralisasi sebagai penyimpan sementara sebelum dipakai sebagai air proses dan sebelum diproses lebih lanjut di unit deaerator Bab IV Unit Pendukung Proses

66 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 62 c. Unit deaerator Air yang sudah diolah di unit demineralisasi masih mengandung sedikit gas-gas terlarut terutama O 2. Gas-tersebut dihilangkan dari unit deaerator karean menyebabkan korosi. Pada deaerator kadarnya diturunkan sampai kurang dari 5 ppm. Proses pengurangan gas-gas dalam unit deaerator dilakukan secara mekanis dan kimiawi. Proses mekanis dilakukan dengan cara mengontakkan air umpan boiler dengan uap tekanan rendah, mengakibatkan sebagian besar gas terlarut dalam air umpan terlepas dan dikeluarkan ke atmosfer. Selanjutnya dilakukan proses kimiawi dengan penambahan bahan kimia hidrazin (N 2 H 4 ). Adapun reaksi yang terjadi adalah: N 2 H 4 (aq) + O 2 N H 2 O Bab IV Unit Pendukung Proses

67 sandfilt er Kation exchanger degasifier anion exchanger Air sanitasi perpustakaan.uns.ac.id Prarancangan Pabrik Resin Novolak Penampung 1 Penampung 2 Penampung 3 Penampung 4 Gambar 4.1. Skema Pengolahan Air Kebutuhan air a. Kebutuhan Air Sungai Kebutuhan Air Sungai dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin alat kebutuhan HE ,047 L/jam kondenser 2560,535 L/jam COIL-REAKTOR 12715,373 L/jam Jumlah 15455,955 L/jam Jumlah air sungai yang dibutuhkan sebagai media pendingin untuk coil, kondensor, maupun heat exchanger adalah sebesar Bab IV = 15455,955L/jam Unit Pendukung Proses

68 Prarancangan Pabrik Resin Novolak 64 b. Kebutuhan Air untuk Steam Air yang dibutuhkan untuk steam adalah 1162,311 L/jam c. Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 4.2 Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi Kebutuhan L/jam Perkantoran 306,373 Laboratorium 130,719 Bengkel 65,359 Kantin 122,549 Hidran/Taman 62,500 Poliklinik 49,020 Jumlah air 736,520 Kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi = 736,520 L Total air yang disuplay dari PT. Petrokimia = make up air umpan boiler + air konsumsi + make up cooling tower = 2547,984 L/jam Unit Pengadaan Steam Steam yang diproduksi pada pabrik novolak resin ini digunakan sebagai pemanas reboiler. Steam yang dihasilkan dari boiler ini merupakan saturated steam dengan suhu commit 200 C to user dan tekanan 15,345 atm. Bab IV Unit Pendukung Proses