BAB III PERANCANGAN PROSES

Transkripsi

1 BAB III PERANCANGAN PROSES 3.1 Langkah Proses Proses pembuatan amonium nitrat dengan proses UHDE dapat dibagi menjadi 4 tahap yaitu : 1. Tahap persiapan bahan baku 2. Tahap pembentukan produk 3. Tahap pemurnian produk 4. Tahap pembutiran produk Tahap Persiapan Bahan Baku a. Pengumpanan Asam Nitrat Asam nitrat yang berwujud cair dengan kemurnian 60% berat disimpan dalam tangki penyimpanan (T-01) pada kondisi suhu 30 0 C dan tekanan 1 atm. Dari tangki penyimpanan asam nitrat, asam nitrat cair dialirkan dan dinaikan tekanannya menjadi 4,4 atm dengan pompa sentrifugal (P-01) menuju ke heat exchanger (H-01) untuk dinaikan suhunya dari 30 0 C menjadi C, asam nitrat cair yang keluar dari heat exchanger (H-01) pada kondisi suhu C dan tekanan 4,4 atm siap diumpankan ke dalam dalam reaktor (R-01) yang 23

2 24 beroperasi pada kondisi suhu C dan tekanan 4,4 atm untuk direaksikan dengan gas amonia. b. Pengumpanan Amonia Amonia yang berwujud cair jenuh dengan kemurnian 99,5% berat disimpan dalam tangki penyimpanan amonia (T-02) pada kondisi suhu 30 0 C dan tekanan 11,5 atm. Dari tangki penyimpanan amonia, amonia yang berwujud cair jenuh tersebut dialirkan dengan pompa sentrifugal (P-02) menuju expansion valve (V-01) untuk diturunkan tekanannya dari 11,5 atm menjadi 4,4 atm. Dengan penurunan tekanan tersebut, amonia berubah fase dari cair jenuh menjadi gas karena amonia cair jenuh dari tangki penyimpanan yang masuk ke valve berada dalam kondisi bubble point. Kemudian amonia dialirkan ke heat exchanger (H-02) untuk dinaikan suhunya dari 30 0 C menjadi C. Kemudian gas amonia yang keluar dari heat exchanger (H-02) pada kondisi suhu C dan tekanan 4,4 atm siap diumpankan ke dalam Reaktor (R-01) yang beroperasi pada kondisi suhu C dan tekanan 4,4 atm untuk direaksikan dengan asam nitrat.

3 Tahap Pembentukan Produk Tahap pembentukan produk ini bertujuan untuk mereaksikan amonia dan asam nitrat membentuk produk amonium nitrat. Gas amonia pada kondisi suhu C dan tekanan 4,4 atm didistribusikan dari bagian bawah reaktor melalui perforated plate sehingga terbentuk gelembung - gelembung gas amonia. Sedangkan asam nitrat di alirkan dari pompa sentrifugal (P-03) pada kondisi suhu C dan tekanan 4,4 atm dimasukkan kedalam reaktor melalui bagian atas reaktor. Reaktan tersebut direaksikan pada reaktor (R-01) tipe bubbling reactor yang dilengkapi jaket pendingin dimana sebagai media pendinginnya adalah air yang masuk pada kondisi suhu 30 0 C dan tekanan 1 atm dan keluar dari jaket pendingin pada kondisi suhu 45 0 C dan tekanan 1 atm. Reaktor beroperasi pada kondisi suhu C dan tekanan 4,4 atm dengan perbandingan mol asam nitrat dan amonia adalah 1 : 1,01. Reaksi yang terjadi didalam reaktor adalah sebagai berikut: HNO3 (aq) + NH4 (aq) NH4NO3 (aq) H = ,5 kkal/mol Reaksi tersebut berlangsung secara eksotermis. Hal ini dapat dilihat dari harga H yang bernilai negatif. Pendingin air dimaksudkan untuk mempertahankan kondisi operasi di reaktor pada suhu C dan tekanan 4,4 atm, karena sifat reaksi eksotermis yang melepaskan panas.

4 26 Kecepatan reaksi heterogen antara gas amonia dan asam nitrat ditentukan oleh kecepatan perpindahan massa, yaitu kecepatan difusi gas amonia melalui lapisan gas ke interface, merupakan batas antara lapisan gas dan larutan,. Selanjutnya gas amonia berdifusi masuk ke lapisan cair dan bertemu dengan asam nitrat dalam lapisan cair, dan terjadi reaksi membentuk amonium nitrat di dalam lapisan tersebut. Oleh sebab itu reaksinya terjadi pada bidang reaksi yang terletak di dalam lapisan cair yang berarti tidak ada gas amonia yang berdifusi masuk ke dalam larutan sehingga reaksi kimia yang berlangsung di dalam reaktor sangat cepat. Produk keluaran dari bawah reaktor berupa lelehan amonium nitrat dengan kondisi suhu C, tekanan 4,4 atm dan konsentrasi 78%. Dalam hal ini asam nitrat habis bereaksi sedangkan sisa amonia yang tidak bereaksi dikeluarkan pada bagian atas reaktor menuju ke atmosfer. Kemudian lelehan ammonium nitrat hasil keluaran reaktor di alirkan menuju expansion valve (V- 02) untuk di turunkan tekanannya dari 4,4 atm menjadi 1 atm dan di alirkan menuju evavorator (EV-01).

5 Tahap Pemurnian Produk Tahap ini bertujuan untuk memekatkan produk amonium nitrat yang keluar dari reaktor dengan menggunakan evaporator (EV-01). Produk keluar dari reaktor pada kondisi suhu C dan tekanan 1 atm terpisah menjadi dua produk, yaitu sisa reaktan yang berupa uap amonia dan air akan naik keatas sedangkan produk lelehan amonium nitrat keluar melaui bagian bawah reaktor. Uap dari reaktor (R-01) yang terdiri dari campuran amonia dan air pada kondisi suhu C dan tekanan 4,4 atm dilepas ke atmosfer karena dianggap masih dalam batas aman. Sedangkan produk lelehan amonium nitrat yang keluar dari bagian bawah reaktor dialirkan dengan pompa sentrifugal (P-04) untuk dipekatkan dalam evaporator (EV-01) tipe long tube vertical hingga konsentrasi 90%. Jumlah steam yang digunakan untuk memanaskan evaporator sebesar 175,9591 kg/jam. Lelehan amonium nitrat yang sudah dipekatkan tersebut dialirkan dengan pompa sentrifugal (P-04) menuju cooler (CL-01). Selanjutnya lelehan amonium nitrat dengan konsentrasi 95% pada kondisi suhu C dan tekanan 1 atm dipompa menuju mixing tank (M-01) untuk dicampur dengan amonium nitrat yang sudah berbentuk prill hasil recycle dari off spec screening (S-01) pada kondisi suhu 40 0 C dan tekanan 1 atm. Agar pencampurannya sempurna, mixing tank dilengkapi dengan pengaduk jenis turbine. Keluar mixing tank, amonium nitrat yang berbentuk

6 28 lelehan pada kondisi suhu C dan tekanan 1 atm dialirkan menuju Prilling tower (PT-01) untuk dibentuk produk amonium nitrat berupa prill Tahap Pembutiran Produk Tahap pembutiran produk ini bertujuan untuk membentuk butiran prill amonium nitrat dengan bantuan udara yang dihembuskan dari bawah prilling tower (P-01). Lelehan amonium nitrat yang keluar dari mixing tank (M-01) diumpankan ke bagian atas prilling tower (PT-01) dengan bantuan centrifugal pump (P-06) untuk dibentuk prill amonium nitrat. Didalam prilling tower ini, umpan lelehan amonium nitrat didistribusikan secara merata oleh sparger hingga terbentuk tetes-tetes yang kemudian jatuh ke bawah. Dan tetes tetes ini akan terbentuk prill dengan bantuan udara yang dihembuskan dari bagian bawah prilling tower dengan menggunakan blower (BL-01). Prill Amonium nitrat yang terbentuk pada kondisi suhu 45 0 C dan tekanan 1 atm diangkut dengan belt conveyor (BC-01) menuju ke screening (SR-01) untuk mengayak produk prill amonium nitrat antara yang memenuhi spesifikasi produk dan yang tidak memenuhi spesifikasi produk. Di screening, umpan amonium nitrat prill disaring hingga diperoleh ukuran produk amonium nitrat yang diinginkan yaitu mm, sedangkan produk yang tidak memenuhi spesifikasi produk pada kondisi suhu 45 0 C direcycle kembali menggunakan belt conveyor (BC-02) menuju ke mixing tank

7 29 (M-01) untuk dicampur dengan lelehan amonium nitrat yang keluar dari evaporator (EV-01) yang selanjutnya diumpankan ke prilling tower untuk dibentuk prill amonium nitrat kembali. Sedangkan prill amonium nitrat yang memenuhi spesifikasi produk pada suhu 45 0 C, dilapisi dengan Ca3(PO4)2 (kalsium tri phosphat) yang diumpankan dari coating hopper (CH-01) didalam coating drum (CD-01). Pada proses pelapisan amonium nitrat dengan kalsium tri phosphat bertujuan untuk menjaga agar produk tetap kering dan tidak kontak langsung dengan udara, karena sifat amonium nitrat yang higroskopis. Produk amonium nitrat yang keluar dari coating drum mempunyai kemurnian 99,5% berat. Kemudian produk amonium nitrat ditransfer menuju product silo (SL-01). Product silo disini dimaksudkan untuk menampung sementara produk amonium nitrat sebelum dibagging. Product silo berada diatas warehouse untuk memudahkan proses bagging. Suhu operasi didalam product silo berkisar C dan tekanan 1 atm. Produk amonium nitrat dari product silo kemudian dibagging dalam zak untuk menjaga agar produk amonium nitrat tidak kontak langsung dengan udara. Selanjutnya produk amonium nitrat disimpan di dalam warehouse dan siap untuk dipasarkan.

8 Spesifikasi Alat Tangki penyimpanan asam nitrat : T-01 : Menyimpan asam nitrat selama 2 minggu : Silinder tegak dengan conical roof dan flat bottom Jumlah tangki Kapasitas tiap tangki Diameter tangki Tinggi tangki Bahan konstruksi : 1 Buah : bbl : 90 ft : 54 ft : Stainless steel SA-316 grade C Harga : US $ , Tangki penyimpanan amoniak : T-02 : Menyimpan amoniak selama 2 minggu : Silinder horisontal berentuk hemispherical head Jumlah tangki Kapasitas tiap tangki Diameter tangki Tinggi tangki : 1 Buah : bbl : 40 ft : 36 ft

9 31 Bahan konstruksi : Stainless steel SA-316 grade C Harga : US $ , Pompa : P-01 : Mengalirkan asam nitrat dari tangki penyimpanan (T-01) menuju Heater (H-01) Jumlah tangki Kapasitas pompa Tenaga Pompa Daya motor : pompa sentrifugal : 1 Buah : 26047,6 kg/jam : 5 HP : 6 HP Ukuran pipa : Nominal size : 3,5 Schedule : 40 Bahan : Stainless steel Harga : US $ 604, Pompa : P-02 : Mengalirkan amonia dari tangki penyimpanan menuju R-01 : pompa sentrifugal

10 32 Jumlah tangki Kapasitas pompa Tenaga Pompa Daya motor : 1 Buah : 4238,4 kg/jam : 1 HP : 1 HP Ukuran pipa : Nominal size : 3,5 Schedule : 40 Bahan : Stainless steel Harga : US $ 600, Pompa : P-03 : Mengalirkan amonium nitrat dari R-01 ke EV- 01 Jumlah tangki Kapasitas pompa Tenaga Pompa Daya motor : pompa sentrifugal : 1 Buah : 23566,9 kg/jam : 2 HP : 2,5 HP Ukuran pipa : Nominal size : 3,5 Schedule : 40

11 33 Bahan : Sainless steel Harga : US $ 598, Pompa : P-04 : Mengalirkan amonium nitrat dari EV-01 ke MT-01 Jumlah tangki Kapasitas pompa Tenaga Pompa Daya motor : Pompa sentrifugal : 1 Buah : 19845,8 kg/jam : 1,5 HP : 2 HP Ukuran pipa : Nominal size : 3,5 Schedule : 40 Bahan : Stainless steel Harga : US $ 505, Pompa : P-05 : Mengalirkan amonium nitrat dari MT-01 ke PT-01 : pompa sentrifugal

12 34 Jumlah tangki Kapasitas pompa Tenaga Pompa Daya motor : 1 Buah : 20722,6 kg/jam : 3,5 HP : 5 HP Ukuran pipa : Nominal size : 3 Schedule : 40 Bahan : Stainless steel Harga : US $ 567, Heater ke Bahan konstruksi : HE-01 : Menaikkan suhu asam nitrat sebelum masuk reaktor : Shell and tube : Carbon steel SA-283 grade C Spesifikasi Shell ID : 13 1/4 in Baffle space : 10 3/5 Jumlah pass : 1 Pressure drop : 9,16 x 10-3 psi

13 35 Tube Panjang : 16 ft OD, BWG : ¾ in, 16 Pitch : 1 in triangular pitch Jumlah pass : 2 Jumlah tube : 106 Pressure drop : 0,1037 psi Harga : US $ 6.874, Heater : HE-02 : Menaikkan suhu amonia sebelum masuk ke reaktor Bahan konstruksi : Shell and tube : Carbon steel SA-283 grade C Spesifikasi Shell ID : 10 in Baffle space : 8 Jumlah pass : 1 Pressure Drop : 9,7x 10-3 psi Tube

14 36 Panjang : 16 ft OD, BWG : ¾ in, 16 Pitch : 15/16 in triangular pitch Jumlah Pass : 2 Jumlah Tube : 56 Pressure Drop : 0,4389 psi Harga : US $ 2.499, Reaktor : R-01 : Mereaksikan NH3 dengan HNO menjadi NH4NO3 Kondisi Bahan konstruksi Tebal shell Tebal head Tinggi head Diameter reaktor Tinggi reaktor total Tebal jaket : T = 175 C, P = 4,4 atm : Bubling reactor : Carbon steel SA-284 grade C : ¾ inc : 1 1/8 inc : 0,59 meter : 3 meter : 9,04 meter : 0,74 meter Harga : US $ ,7

15 Evaporator : EV-01 : Memekatkan konsentrasi NH4NO3 hingga 95% dengan menguapkan H2O Bahan konstruksi : Single effect short tube : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah tube : 970 Luas penampang : 140,7453 m 2 Diameter Tinggi shell Tebal sheel Tebal head Tinggi total : 35,92 inc : 5,138 m : 0,25 inc : 0,18 inc : 130,51 inc Harga : US $ , Mixing tank : M-01 :Mencampur NH4NO3 dari evaporator dan produk oversize screening pengaduk Jumlah tangki Bahan konstruksi : 6 flate blade turbine impeller : 1 Buah : Carbon steel SA-283 grade C

16 38 Kapasitas mixer Tebal shell Tebal head : 674,57 cuft : 1/3 inc : 3/8 inc Tinggi mixer pipa pengisian : 14,98 ft Power pengadukan : 29,78 Hp Cooler Harga : US $ ,24 : CL-01 : Menurunkan suhu amonnium nitrat sebelum masuk ke MT-01 Bahan konstruksi : Shell and tube : Carbon steel SA-283 grade C Spesifikasi Shell ID : 15 1/4 in Baffle space : 12 1/5 Jumlah pass : 1 Pressure drop : 7,27x 10-3 psi Tube Panjang : 16 ft OD, BWG : ¾ in, 16

17 39 Pitch : 1 in triangular pitch Jumlah pass : 2 Jumlah tube : 138 Pressure drop : 0,7690 psi Harga : US $ 6.874, Prilling tower : PT-01 : Memadatkan cairan NH4NO3 yang keluar dari evaporator menjadi padatan Bahan konstruksi Diameter prilling tower Tinggi prilling tower Kecepatan butiran jatuh Tinggi volume : Stainless steel SA-304 grade C : 2,35 meter :19 meter : 11,103 m/s : 14,11 m Harga : US $ , Blower : BL-01 : Menekan udara kering dari unit utilitas sebanyak Tenaga : 5 Hp Harga : US $ ,9

18 Belt conveyor : BC-01 : Mengangkut ammonium nitrat dari PT-01 ke SR-01 Panjang belt Lebar belt : 35,08 ft : 14 inc Sudut elevasi : 20 0 Kecepatan belt Power motor : 30,5 m 3 /menit : 1 Hp Harga : US $ , Belt conveyor : BC-02 : Mengangkut ammonium nitrat recycle ke MT-01 Panjang belt Lebar belt : 50,93 ft : 14 inc Sudut elevasi : 20 0 Kecepatan belt Power motor : 30,5 m 3 /menit : 1,5 Hp Harga : US $ ,4

19 Belt conveyor : BC-03 : Mengangkut ammonium nitrat dari bucket conveyor ke silo Panjang belt Lebar belt : ft : 14 inc Sudut elevasi : 20 0 Kecepatan belt Power motor : 30,5 m 3 /menit : 1.5Hp Harga : US $ , Bucket elevator : BE-01 : Mengangkut ammonium nitrat dari coating drum ke Silo Ukuran bucket Lebar belt Dalam belt Jarak antar bucket Kecepatan bucket Power motor : (8 x 5 x 5,5 x 14) inc : 5 inc : 5,5 inc : 14 inc : 225 ft/min : 1,6 Hp Harga : US $ 44580,4

20 Screw conveyor : SC-01 : Mengangkut ammonium nitrat dari hopper ke coating drum Panjang Ukuran : 4,572 m : Diameter : Flight = 9 in Pipa = 2,5 in Power motor : 3 Hp Harga : US $ 2.747, Silo : SL-01 : Menampung sementara produk ammonium nitrat Material : Stainless steel 316 Kapasitas, kg Suhu desain Suhu operasi Tekanan desain Tekanan operasi Diameter Tinggi : ,091 kg : 50 0 C : 30 0 C : 1,1 atm : 1 atm : 7,55 meter : meter

21 43 Tebal : 0,25 inc Harga : US $ ,1 3.3 Perencanaan Produk Bahan Baku yang Diperlukan Pada prarancangan pabrik amonium nitrat gas amoniak diperoleh dari PT Pupuk Kujang dengan kapasitas ton per tahun sedang asam nitrat dari PT Multi Nitrotama Kimia Cikampek dengan kapasitas ton per tahun Kapasitas Menguntungkan atau Komersial Secara komersial kapasitas rancangan pabrik amonium nitrat yang memberikan keuntungan adalah ton per tahun (Faith, dkk, 1966), sehingga dengan kapasitas ton per tahun dapat memberikan keuntungan. Ditinjau dari harga bahan baku untuk pembentukan amonium nitrat dan juga harga dari produk amonium nitrat, ternyata harga dari produk ini lebih mahal daripada harga bahan baku. Harga-harga bahan baku dan produk dapat dilihat sebagai berikut: Amonia Asam Nitrat Amonium nitrat = US$ 0,17 /Kg = US$ 0,18 /Kg = US$ 0,52 /Kg

22 44 Untuk memproduksi 1 ton amonium nitrat, dibutuhkan amonia sebanyak 0,213 ton dan asam nitrat sebanyak 0,787 ton, sehingga secara ekonomis pendirian pabrik amonium nitrat menguntungkan.