TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM SULFAT DENGAN PROSES KONTAK ABSORPSI GANDA KAPASITAS 1. TON/TAHUN Disusun Oleh : 1. Yesi Novitasari ( I 5715 ) 2. Nur Halimah Murdiyati ( I 5749 ) JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 212 i
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ASAM SULFAT DENGAN PROSES KONTAK ABSORPSI GANDA KAPASITAS 1. TON/TAHUN Oleh : Yesi Novitasari I 5715 Nur Halimah Murdiyati I 5749 Pembimbing II Pembimbing I Inayati, S.T., M.T., Ph.D Bregas S. T. Sembodo, S.T., M.T. NIP. 1971829 19993 2 1 NIP. 1971126 19993 1 2 Dipertahankan di depan tim penguji : 1. Dr. Margono, S.T., M.T 1. NIP. 19681 17 19972 1 1 2. Ir. Arif Jumari, M. Sc. 2.. NIP. 1965315 19972 1 1 Disahkan Ketua Jurusan Teknik Kimia Dr. Sunu H. Pranolo NIP. 1969316 19982 1 1 ii
KATA PENGANTAR Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul Kapasitas 1. 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. Bregas S. T. Sembodo, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Inayati, S.T., M.T., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir. 3. Ir. Endang Mastuti W. dan Inayati, S.T., M.T., Ph.D., selaku Pembimbing Akademik. 4. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS. 5. Ir. Arif Jumari, M. Sc. Dan Margono, S.T. M. T. selaku Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir. 6. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya. 7. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan 7. 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 212 Penulis iii
DAFTAR ISI Halaman Judul... Lembar Pengesahan... Kata Pengantar... Daftar Isi... Daftar Tabel... i ii iii iv ix Daftar Gambar... xii Intisari... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik... 1 1.2 Kapasitas Perancangan... 2 1.2.1 Data Impor Asam Sulfat... 2 1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku... 3 1.2.3 Kapasitas Pabrik yang Menguntungkan... 4 1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik... 4 1.4 Tinjauan Pustaka... 6 1.4.1 Macam-macam Proses... 6 1.4.2 Kegunaan Produk... 9 1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk... 1 1.4.3.1 Bahan Baku... 1 1.4.3.2 Produk... 14 1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum... 15 iv
BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk... 16 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku Sulfur... 16 2.1.2 Spesifikasi Produk... 17 2.1.3 Spesifikasi Bahan Pembantu (Katalis)... 17 2.2 Konsep Proses... 18 2.2.1 Sifat Reaksi... 18 2.2.2 Mekanisme Reaksi.... 24 2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses... 25 2.3.1 Diagram Alir Proses... 25 2.3.2 Langkah Proses... 3 2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas... 33 2.4.1 Neraca Massa... 33 2.4.2 Neraca Panas... 42 2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses... 5 2.5.1 Lay Out Pabrik... 5 2.5.2 Lay Out Peralatan Proses... 53 BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES 3.1 Tangki... 55 3.2 Melter... 56 3.3 Burner... 57 3.4 Reaktor... 58 v
3.5 Absorber... 59 3.6 Menara Pengering... 6 3.7 Tangki Pengencer... 61 3.8 Cyclones... 62 3.9 Gudang.... 63 3.1 Belt Conveyor.... 64 3.11 Hopper.... 65 3.12 Waste Heat Boiler... 66 3.13 Economizer... 67 3.14 Heat Exchanger... 68 3.15 Pompa... 73 3.16 Blower... 75 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 4.1 Unit Pendukung Proses... 76 4.1.1 Unit Pengadaan Air... 77 4.1.1.1 Air Pendingin dan Air Proses... 77 4.1.1.2 Air Umpan Waste Heat Boiler dan Economizer.. 79 4.1.1.3 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi... 82 4.1.1.4 Pengolahan Air dari Sungai Brantas... 84 4.1.2 Unit Pengadaan Udara Tekan... 86 4.1.3 Unit Pengadaan Listrik... 86 4.1.3.1 Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas... 87 4.1.3.2 Listrik untuk Penerangan... 89 vi
4.1.3.3 Listrik untuk AC... 91 4.1.3.4 Listrik untuk Laboratorium dan Instrumentasi.. 91 4.1.4 Unit Pengadaan Bahan Bakar... 92 4.2 Laboratorium... 93 4.2.1 Laboratorium Fisik... 95 4.2.2 Laboratorium Analitik... 95 4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan... 96 4.2.4 Prosedur Analisa Bahan Baku dan Produk Utama... 96 4.2.5 Prosedur Analisa Proses... 97 4.2.6 Prosedur Analisa Air... 98 4.3 Unit Pengolahan Limbah... 99 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1 Bentuk Perusahaan... 14 5.2 Struktur Organisasi... 15 5.3 Tugas dan Wewenang... 11 5.3.1 Pemegang Saham... 11 5.3.2 Dewan Komisaris... 11 5.3.3 Dewan Direksi... 111 5.3.4 Staf Ahli... 112 5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang)... 112 5.3.6 Kepala Bagian... 113 5.3.7 Kepala Seksi... 116 5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan... 117 vii
5.4.1 Karyawan Non Shift... 117 5.4.2 Karyawan Shift... 117 5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah... 119 5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji... 12 5.6.1 Penggolongan Jabatan... 12 5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji... 12 5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan... 123 BAB VI ANALISA EKONOMI 6.1 Penaksiran Harga Peralatan... 126 6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI)... 128 6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment)... 129 6.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment)... 13 6.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost)... 131 6.3.1 Manufacturing Cost... 131 6.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC)... 131 6.3.1.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC)... 131 6.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC)... 132 6.3.2 General Expense (GE)... 132 6.4 Keuntungan Produksi... 133 6.5 Analisis Kelayakan... 133 Daftar Pustaka... xiv Lampiran viii
DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Data Impor Asam Sulfat Tahun 26-21... 2 Tabel 1.2 Perbandingan Proses Kontak dan Proses Kamar Timbal... 9 Tabel 2.1 Neraca Massa Melter (M-1)... 34 Tabel 2.2 Neraca Massa Burner (B-1)... 34 Tabel 2.3 Neraca Massa Cyclones (C-1)... 35 Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor Bed I (R-1)... 35 Tabel 2.5 Neraca Massa Reaktor Bed II (R-1)... 36 Tabel 2.6 Neraca Massa Reaktor Bed III (R-1)... 36 Tabel 2.7 Neraca Massa Absorber (AB-1)... 37 Tabel 2.8 Neraca Massa Tangki Pengencer (TP-1)... 37 Tabel 2.9 Neraca Massa Reaktor Bed IV (R-1)... 38 Tabel 2.1 Neraca Massa Absorber (AB-2)... 38 Tabel 2.11 Neraca Massa Tangki Pengencer (TP-2)... 39 Tabel 2.12 Neraca Massa Menara Pengering (MP-1)... 39 Tabel 2.13 Neraca Massa Tee (TE-1)... 4 Tabel 2.14 Neraca Massa Tee (TE-2)... 4 Tabel 2.15 Neraca Massa Tee (TE-3)... 41 Tabel 2.16 Neraca Massa Total... 41 Tabel 2.17 Neraca Panas Melter (M-1)... 42 Tabel 2.18 Neraca Panas Burner (B-1)... 42 Tabel 2.19 Neraca Panas Menara Pengering (MP-1)... 43 ix
Tabel 2.2 Neraca Panas Cyclones (CN-1)... 43 Tabel 2.21 Neraca Panas Reaktor (R-1)... 44 Tabel 2.22 Neraca Panas Absorber (AB-1)... 45 Tabel 2.23 Neraca Panas Tangki Pengencer (TP-1)... 46 Tabel 2.24 Neraca Panas Absorber (AB-2)... 47 Tabel 2.25 Neraca Panas Tangki Pengencer (TP-2)... 47 Tabel 2.26 Neraca Panas Total... 48 Tabel 3.1 Spesifikasi Tangki... 55 Tabel 3.2 Spesifikasi Melter... 56 Tabel 3.3 Spesifikasi Burner... 57 Tabel 3.4 Spesifikasi Reaktor... 58 Tabel 3.5 Spesifikasi Absorber... 59 Tabel 3.6 Spesifikasi Menara Pengering... 6 Tabel 3.7 Spesifikasi Tangki Pengencer... 61 Tabel 3.8 Spesifikasi Cyclones... 62 Tabel 3.9 Spesifikasi Gudang... 63 Tabel 3.1 Spesifikasi Belt Conveyor... 64 Tabel 3.11 Spesifikasi Hopper... 65 Tabel 3.12 Spesifikasi Waste Heat Boiler... 66 Tabel 3.13 Spesifikasi Economizer... 67 Tabel 3.14 Spesifikasi Heat Exchanger... 68 Tabel 3.15 Spesifikasi Pompa... 73 Tabel 3.16 Spesifikasi Blower... 75 x
Tabel 4.1 Kebutuhan Air Proses... 78 Tabel 4.2 Kebutuhan Air Pendingin... 78 Tabel 4.3 Kebutuhan Air Umpan Waste Heat Boiler dan Economizer... 8 Tabel 4.4 Kebutuhan Air Konsumsi dan Sanitasi... 83 Tabel 4.5 Kebutuhan Total Air Sungai... 84 Tabel 4.6 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas... 87 Tabel 4.7 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan... 89 Tabel 4.8 Total Kebutuhan Listrik Pabrik... 91 Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift... 118 Tabel 5.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatan... 12 Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan... 122 Tabel 6.1 Indeks Harga Alat... 126 Tabel 6.2 Modal Tetap... 129 Tabel 6.3 Modal Kerja... 13 Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost... 131 Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost... 131 Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost... 132 Tabel 6.7 General Expense... 132 Tabel 6.8 Analisis Kelayakan... 135 xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Grafik Impor Asam Sulfat di Indonesia... 3 Gambar 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik... 6 Gambar 2.1 Diagram Alir Proses... 26 Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif... 27 Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif... 28 Gambar 2.4 Lay Out Pabrik... 51 Gambar 2.5 Lay Out Peralatan Proses... 54 Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air Sungai Brantas... 85 Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Asam Sulfat... 19 Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index... 127 Gambar 6.2 Grafik Analisis Kelayakan... 136 xii
INTISARI Yesi Novitasari dan Nur Halimah Murdiyati, 212, Prarancangan Pabrik Asam Sulfat Kapasitas 1. Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Asam sulfat sering dimanfaatkan sebagai bahan utama dalam pembuatan pupuk, industri pulp dan kertas. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik asam sulfat dengan kapasitas 1. ton/tahun dengan bahan baku sulfur 32.353 ton/tahun pada 3 o C dan tekanan 1 atm. Dengan memperhatikan beberapa faktor, seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, serta utilitas, maka lokasi pabrik yang cukup strategis adalah di Kawasan Industri Gresik, Jawa Timur. Peralatan proses yang ada antara lain melter, burner, reaktor, absorber, menara pengering, tangki pengencer, cyclones, waste heat boiler, economizer, heat exchanger, blower dan pompa. Asam sulfat dihasilkan dari reaksi oksidasi sulfur dioksida dalam Reaktor Fixed Bed Multibed pada kondisi non isotermal adiabatik pada suhu 42-6 o C dan tekanan 1 atm dengan konversi yang diperoleh sebesar 99,7%. Reaksi berlangsung secara eksotermis, sehingga diperlukan pendingin di setiap hasil keluaran bed. Hasil dari reaktor akan diabsorpsi oleh H 2 SO 4 98,5% sehingga dihasilkan H 2 SO 4 99,9% untuk kemudian diencerkan dalam tangki pengencer sehingga diperoleh asam sulfat 98,5% Utilitas terdiri dari unit penyediaan air sebagai pendingin, air proses maupun keperluan umum, tenaga listrik, penyediaan udara tekan, penyediaan bahan bakar, dan unit pengolahan limbah. Terdapat tiga laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik dan laboratorium penelitian dan pengembangan, untuk menjaga kualitas bahan baku dan produk. Perusahaan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Hasil analisis ekonomi terhadap prarancangan pabrik asam sulfat diperoleh modal tetap sebesar Rp. 91.577.343.137 dan modal kerjanya sebesar Rp. 81.314.57.44. Biaya produksi total per tahun sebesar Rp. 354.348.738.328. Hasil analisa kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 69,21% dan setelah pajak 51,91%, POT sebelum pajak 1,3 tahun dan setelah pajak 1,7 tahun, BEP 45,14%, SDP 35,45% dan DCF sebesar 31,6%. Berdasar analisa ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik asam sulfat dengan kapasitas 1. ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya. xiii
Kapasitas 1. Ton/Tahun 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik Perkembangan industri kimia di Indonesia cenderung mengalami peningkatan setiap tahunnya baik secara kuantitas maupun kualitasnya sejalan dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Hal tersebut menyebabkan kebutuhan akan bahan baku maupun bahan penunjang akan meningkat pula. Asam sulfat merupakan salah satu bahan penunjang yang sangat penting dan banyak dibutuhkan industri kimia. Kegunaan utama (6% dari total produksi di seluruh dunia) asam sulfat adalah dalam produksi asam fosfat, yang digunakan untuk membuat pupuk fosfat, pengolahan minyak bumi, farmasi, kertas dan pulp. Mengingat arti pentingnya asam sulfat, maka kebutuhan negara dapat dijadikan tolak ukur kemajuan industri negara tersebut. Proyek kebutuhan asam sulfat dalam negeri semakin meningkat seiring dengan peningkatan industri-industri yang memakainya. Oleh karena itu, dikarenakan pada saat ini pabrik yang memproduksi asam sulfat di Indonesia masih sedikit, sehingga pendirian pabrik asam sulfat ini diharapkan bisa mengantisipasi permintaan dalam negeri dan mengurangi ketergantungan asam sulfat dari negara-negara importir. Bab I Pendahuluan 1
Kapasitas 1. Ton/Tahun 2 Selain alasan-alasan diatas, pendirian pabrik ini juga didasarkan pada halhal berikut : 1. Terciptanya lapangan kerja baru, yang berarti turut serta dalam usaha mengurangi pengangguran. 2. Pendirian pabrik asam sulfat diharapkan akan mendorong berdirinya industri hilir yang menggunakan asam sulfat sebagai bahan baku dan bahan penunjang, sehingga akan mendorong perkembangan industri di Indonesia. 3. Dapat menghemat devisa negara, dengan adanya pabrik asam sulfat di dalam negeri, maka impor dapat dikurangi dan jika berlebih bisa diekspor. 1.2 Kapasitas Perancangan Dalam menentukan kapasitas perancangan perlu dipertimbangkan hal-hal sebagai berikut : 1.2.1 Data Impor Asam Sulfat Permintaan asam sulfat di Indonesia dalam lima tahun terakhir relatif tidak konstan tergantung kebutuhan pabrik di Indonesia. Kebutuhan tersebut dapat dilihat dalam tabel di bawah ini : Tabel 1.1 Data Impor Asam Sulfat Tahun 26 21 No Tahun Jumlah (Ton) 1 26 21.913 2 27 98.95 3 28 66.911 4 29 95.445 5 21 11.617 (www.bps.go.id) Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 3 Gambar 1.1 Grafik Impor Asam Sulfat di Indonesia Dengan menggunakan metode least square kebutuhan impor (ton/tahun) asam sulfat ditentukan dengan persamaan : y = 17.475,81x 35.12.828,51 Keterangan: x = tahun y = kapasitas (ton/tahun) Pabrik direncanakan berdiri tahun 216 sehingga dapat diprediksikan kebutuhan impor asam sulfat di Indonesia sebesar 218.45 ton. 1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku pembuatan asam sulfat yaitu sulfur, diperoleh melalui impor dari supplier asal RRC yang diharapkan kebutuhan bahan baku dapat dipenuhi secara kontinyu. Sedangkan bahan baku oksigen diperoleh dari udara bebas. Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 4 1.2.3 Kapasitas Pabrik yang Menguntungkan Untuk memproduksi asam sulfat harus diperhitungkan juga kapasitas produksi yang menguntungkan. Pabrik yang memproduksi asam sulfat di Indonesia yaitu : 1. PT. Indonesian Acid Industry, kapasitas produksi 82.5 ton/tahun. 2. PT. Petrokimia Gresik, kapasitas produksi 5. ton/tahun. 3. PT. Smelting, kapasitas produksi 92. ton/tahun. Dapat diketahui kapasitas produksi minimal yang menguntungkan sebesar 5. ton/tahun. Sedangkan di dalam negeri masih membutuhan asam sulfat sebesar 218.45 ton/tahun. Maka ditetapkan bahwa kapasitas pabrik asam sebesar 1. ton/tahun, sehingga diharapkan : 1. Dapat menyuplai kebutuhan dalam negeri. 2. Dapat memberikan keuntungan karena kapasitas rancangan berada diatas kapasitas terkecil pabrik yang ada di Indonesia. 3. Dapat merangsang berdirinya industri-industri lainnya yang menggunakan bahan baku asam sulfat. 1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam menentukan lokasi pabrik antara lain, penyediaan bahan baku, pemasaran produk, transportasi dan tenaga kerja. Berdasarkan tinjauan tersebut maka lokasi Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 5 pabrik asam sulfat ini dipilih di Gresik, Jawa Timur dengan pertimbangan sbb : 1. Penyediaaan Bahan Baku Sulfur sebagai bahan baku pembuatan asam sulfat diperoleh dengan cara impor dari RRC. Orientasi pemilihan ditekankan pada jarak lokasi pelabuhan dengan pabrik cukup dekat sehingga mempermudah transportasi bahan baku. 2. Letak Pabrik dengan Daerah Pemasaran Pabrik asam sulfat terutama ditujukan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka lokasi pabrik harus terletak dengan lokasi yang memudahkan distribusi produk ke pasar. Target penjualan utama adalah Petrokimia Gresik yang mana membutuhkan asam sulfat untuk memproduksi pupuk fosfat. 3. Sarana Transportasi Kota Gresik memiliki sarana transportasi darat yang memadai, karena berada di jalur pantura, yang menghubungkan kota-kota besar di Jawa Timur. Pengiriman produk ke daerah pemasaran tidak mengalami masalah. Gresik juga merupakan tempat yang tepat untuk sarana transportasi laut, karena letaknya di pesisir pantai pulau Jawa sehingga memiliki pelabuhan laut yang memadai untuk sarana transportasi bahan baku sulfur ke pabrik serta pemasaran lewat laut untuk antar pulau. 4. Ketersediaan Tenaga Kerja Kawasan industri Gresik terletak di daerah Jawa Timur yang syarat dengan lembaga pendidikan formal maupun non formal dimana banyak dihasilkan tenaga kerja ahli maupun non ahli, sehingga tenaga kerja mudah didapatkan. Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 6 5. Utilitas Dalam hal penyediaan air, Gresik dekat dengan sungai Brantas sehingga kebutuhan air untuk pabrik terpenuhi serta air minum karyawan terpenuhi. Sedangkan untuk kebutuhan listrik didapatkan dari PLN dan generator sebagai cadangan apabila listrik dari PLN mengalami gangguan dan bahan bakar diperoleh dari Pertamina. Gambar 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik 1.4 Tinjauan Pustaka 1.4.1 Macam-Macam Proses Proses pembuatan asam sulfat ada 2, yaitu : 1. Proses Kamar Timbal (Pb) Pada tahun 1746, Roebuck dari Birmingham Inggris, memperkenalkan proses kamar timbal. Gas SO 2 dan NO dimasukkan ke menara Glover bersamaan Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 7 dengan gas-gas dari menara Gay Lussac, gas yang keluar dari menara Glover dimasukkan ke dalam kamar timbal dan disemprotkan dengan air sehingga menghasilkan asam sulfat 6-67%. Hasil ini sebagian dikembalikan ke menara Glover yang akan menghasilkan asam 77%. Asam ini sebagian dimasukkan ke dalam menara Gay Lussac untuk menyerap gas-gas NO dan NO 2 (katalisator). Gas yang terserap ini dimasukkan kembali ke menara Glover kamar timbal berbentuk silindris volumenya cukup luas. Permukaan dalamnya dilapisi timbal tipis dan disekat-sekat agar panas dapat ditransfer dengan baik, dinding bagian luar diberi sirip-sirip. Sehingga di dalam menara ini terjadi pengembunan uap asam sulfat. Menara Gay Lussac berfungsi untuk memungut kembali katalisator gas NO dan NO 2 di kamar timbal dengan menggunakan asam sulfat 77%. Penyerapan dilakukan pada suhu rendah antara 4-6 C. Menara Glover bertugas memekatkan hasil asam sulfat dari kamar timbal. Pemekatan panas ini perlu panas dan ini dapat diambil dari panas yang dibawa GHP (gas hasil pembakaran) belerang (4-6 C). (Austin, 1967) 2. Proses Kontak Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh Peregrine Philips, seorang negarawan Inggris, yang patennya mencakup aspek-aspek penting dari proses kontak yang modern, yaitu dengan melewatkan campuran sulfur dioksida dan udara melalui katalis kemudian diikuti dengan absorpsi sulfur trioksida di dalam asam sulfat 98,5 99%. Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 8 Pada tahun 1889 diketahui bahwa proses kontak dapat ditingkatkan dengan menggunakan oksigen berlebihan di dalam campuran gas reaksi. Proses kontak sekarang telah banyak mengalami penyempurnaan dalam rinciannya dan dewasa ini telah menjadi suatu proses industri yang murah, kontinyu dan dikendalikan otomatis. Sampai tahun 19, belum ada pabrik dengan proses kontak yang dibangun di Eropa, di mana terdapat kebutuhan terhadap oleum dan asam konsentrasi tinggi untuk digunakan pada sulfonasi, terutama pada industri zat warna. Dalam periode 19 sampai 1925, banyak pabrik asam sulfat dengan proses kontak telah dapat bersaing dengan proses kamar timbal pada segala konsentrasi asam yang dihasilkan. Sejak pertengahan tahun 192-an, kebanyakan fasilitas yang baru dibangun dengan menggunakan proses kontak dengan katalis heterogen biasanya berupa zat padat, antara lain Pt, V2O5 dan Fe2O3. Katalis ini berpori-pori sehingga cocok untuk pembuatan asam sulfat, karena memiliki bidang kontak yang besar. Udara yang digunakan untuk membakar belerang dibersihkan dahulu dengan asam sulfat dalam menara absorber, hasil pembakaran dibersihkan dalam Waste Heat Boiler kemudian dimasukkan ke dalam converter bersama O 2, gas hasil converter atau reaktor dimasukkan ke dalam menara penyerap atau absorber. Penyerap yang digunakan adalah asam sulfat 98,5%. (Austin, 1967) Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 9 Tabel 1.2 Perbandingan Proses Kontak dan Proses Kamar Timbal Keterangan Proses kontak Proses kamar timbal Konversi 98,5 99 % 77 79% Kondisi operasi, - T, o C - P, atm 42-6 1-4 42 6 1-4 Biaya produksi Rendah Tinggi Kualitas produk Lebih pekat Kurang pekat Proses produksi Satu kali proses dalam meningkatkan konsentrasi asam Dua kali proses dalam meningkatkan konsentrasi asam Katalis Vanadium Pentoksida NO dan NO 2 Setelah dibandingkan, maka untuk perancangan pabrik asam sulfat ini dipilih proses kontak dengan pertimbangan : 1. Konversi yang tinggi dan kualitas produk lebih pekat. 2. Biaya produksi lebih murah. 3. Umur katalis dapat mencapai 1 tahun dalam pemakaian normal. 4. Proses produksi satu kali proses dalam meningkatkan konsentrasi asam. 1.4.2 Kegunaan Produk Di bidang industri, asam sulfat merupakan produk kimia yang banyak dipakai. Asam sulfat penting sekali terutama dalam produksi : Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 1 1. Industri pupuk 2. Industri pengolahan air 3. Industri metalurgi 4. Petrokimia 5. Industri kimia 6. Industri pulp dan kertas (www.sulphuric-acid.com) 1.4.3 Sifat-Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk 1.4.3.1 Bahan Baku a. Sulfur Sifat Fisika : Rumus molekul : S Titik didih pada 1 atm, o C : 444,6 Titik lebur pada 1 atm, o C : 12 Specific gravity : 2,46 (Perry, 28) Sifat Kimia : 1. Dengan udara membentuk sulfur dioksida. Reaksi : S + O 2 SO 2... (I - 1) 2. Dengan asam klorida dan katalis Fe akan menghasilkan hidrogen sulfida. Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 11 b. Udara Sifat Fisika : Sifat Gas N 2 O 2 Berat molekul 28,1 32 Kenampakan Gas Tidak berbau Tidak berwarna Gas Tidak berbau Tidak berwarna Titik Lebur (1 atm, o C) -29,86-218, 4 Titik Didih (1 atm, o C) -195,8-183 Specific gravity 1,26 1,71 (Perry,28) c. Air Proses Sifat Fisika : Rumus molekul : H2O Berat molekul, g/gmol : 18,2 Titik didih pada 1 atm, o C : 1 Titik lebur pada 1 atm, o C : Specific gravity : 1 (Perry,28) Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 12 Sifat Kimia : 1. Merupakan pelarut yang baik 2. Dapat terurai menjadi unsur-unsur penyusunnya dengan proses elektrolisis. d. Sulfur Dioksida Sifat Fisika : Rumus molekul : SO2 Berat molekul, g/gmol : 64,6 Titik didih, ºC : -75,5 Titik lebur, ºC : -1 Specific gravity : 1,434 (Perry,28) Sifat Kimia : 1. Dengan klorin dan air membentuk asam klorida dan asam lainnya. Reaksi : Cl 2 + 2H 2 O + SO 2 2HCl + H 2 SO 4... (I - 2) 2. Dengan hidrogen sulfida membentuk air dan sulfur Reaksi : 2H 2 S + SO 2 2H 2 O + 3S... (I - 3) Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 13 e. Sulfur Trioksida Sifat Fisika : Rumus molekul : SO 3 Berat molekul, g/gmol : 8,6 Titik didih, ºC : 44,6 Titik lebur, ºC : 16,86 Specific gravity : 1,923 (Perry,28 ) Sifat Kimia : 1. Dengan air membentuk asam kuat Reaksi : SO 3 + H 2 O 2SO 4... (I - 4) 2. Dengan udara lembab sulfur trioksida membentuk uap putih tebal dengan bau yang menyengat. f. Vanadium Pentoksida Sifat Fisika : Rumus molekul : V 2 O 5 Berat molekul, g/gmol : 181,88 Titik didih, ºC : 175 Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 14 Titik lebur, ºC : 8 Specific gravity : 3,357 (Perry,28) 1.4.3.2 Produk Asam Sulfat Sifat Fisika : Rumus molekul : H 2SO 4 Berat Molekul, g/gmol : 98,8 Wujud dalam kondisi kamar : Cair Warna : Tidak berwarna Titik didih pada 1 atm, o C : 34 Titik leleh pada 1 atm, o C : 1,49 Specific gravity : 1,834 (Perry,28) Sifat Kimia : 1. Dengan basa membentuk garam dan air. Reaksi : H 2 SO 4 + 2 NaOH Na 2 SO 4 + H 2 O... (I - 5) 2. Dengan alkohol membentuk eter dan air. Reaksi : 2C 2 H 5 OH + H 2 SO 4 C 2 H 5 OC 2 H 5 + H 2 O + H 2 SO 4.. (I - 6) Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 15 1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum Dalam proses pembuatan asam sulfat dengan proses kontak absorpsi ganda, pertama mereaksikan sulfur cair dengan udara sehingga terbentuk gas sulfur dioksida. Selanjutnya dilakukan reaksi pembentukan sulfur trioksida yang dilakukan pada reaktor fixed bed multi bed pada tekanan 1 atm dan suhu 425 o C. Kondisi operasi reaktor adiabatik non isotermal. Produk keluar reaktor diumpankan pada absorber untuk menyerap gas sulfur trioksida, selanjutnya diencerkan pada tangki pengencer untuk membentuk asam sulfat 98,5% dengan penambahan air. Bab I Pendahuluan
Kapasitas 1. Ton/Tahun 16 BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku Sulfur Sulfur yang diumpankan pada pabrik harus mempunyai spesifikasi : warna kuning cerah, bentuk granular, dengan spesifikasi analisis tipikal : 1. Sulfur Fase : padat Komposisi : - Belerang : 99,96% - air :,5% - impuritas :,35% Titik lebur : 12ºC Berat molekul : 32,64 g/gmol (www.alibaba.com) 2. Udara Fase : gas Komposisi : - O2 = 21% - N2 = 79% Berat molekul : 28,84 g/gmol Bab II Deskripsi Proses 16
Kapasitas 1. Ton/Tahun 17 3. Air proses Kenampakan Berat jenis Rumus molekul Berat molekul Kekentalan : cairan jernih : 1 gr/ml (25ºC) : H 2 O : 18 g/gmol : 1 cp (25ºC) 2.1.2 Spesifikasi Produk Asam sulfat Fase Kadar : cair : 98,5% H 2 SO 4 ; 1,5% H 2 O Rumus molekul : H 2 SO 4 Berat molekul : 98,8 g/gmol 2.1.3 Spesifikasi Bahan Pembantu (Katalis) Katalisator Bentuk Diameter : Vanadium Pentoksida (V2O5) : granular :,4572 m Porositas :,45 bulk : 541,424 kg/m 3 Umur teknis : 1 tahun Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 18 2.2 Konsep Proses 2.2.1 Sifat Reaksi a. Tinjauan Termodinamika Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi (endotermis/eksotermis) dan arah reaksi (reversible/ irreversible). Penentuan panas reaksi berjalan secara eksotermis atau endotermis dapat dihitung dengan perhitungan panas pembentukan standar ( o H f ) pada tekanan 1 atm dan suhu 298,15 K. Pada proses pembentukan asam sulfat terjadi reaksi sebagai berikut : S (g) + O 2 (g) SO 2 (g)... (II 1) SO 2 (g) + ½ O 2 (g) SO 3 (g)... (II 2) SO 3 (g) + H 2 O (l) H 2 SO 4 (l). (II 3) Data panas pembentukan standar pada suhu 298,15 K o Hf S o Hf O 2 o Hf SO 2 o H f SO 3 = J/mol = J/mol = -296.83 J/mol = -395.73 J/mol o H f H 2 SO 4 = - 813.989 J/mol o Hf H 2 O = -285.83 J/mol ( Smith Van Ness, 1975) H 298,15 = o H f produk - o H f reaktan Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 19 Reaksi (II - 1) : H 298,15 = (-296.83) ( + ) J/mol Reaksi (II - 2) : = -296.83 J/mol H 298,15 = (-395.73) (-296.83 + ½ x ) J/mol Reaksi (II - 3) : = -98.9 J/mol H 298,15 = (-813.989) (-395.72 + (-285.83)) J/mol = -813.989 + 681.55 J/mol = -132.439 J/mol Ketiga reaksi tersebut termasuk reaksi eksotermis dilihat dari nilai panas pembentukan standar ( H 298,15 ) yang bernilai negatif. Sifat reaksi kimia yang reversible atau irreversible dapat diketahui dari harga konstanta kesetimbangan. Data energi Gibbs pada 298,15 K : o G f S o G f O 2 o G f SO 2 o G f SO 3 = J/mol = J/mol = -3.36 J/mol = -37.62 J/mol o G H f 2 SO 4 = -69.3 J/mol o G H f 2 O = -228.77 J/mol ( Smith Van Ness, 1975) Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 2 Perubahan energi Gibbs dapat dihitung dengan persamaan : G 298,15 = - R T ln K G 298,15 = dengan : o G f produk - o G f reaktan G 298 : energi bebas Gibbs standar suatu reaksi pada 298,15 K (kj/mol) R T K : konstanta gas ( 8,314 J/mol K) : temperatur (K) : konstanta kesetimbangan ( Smith Van Ness, 1975) Reaksi (II - 1) : G 298,15 = (-3.36) ( + ) J/mol = -3.36 J/mol ln K 298,15 = = G 298,15 R T - 3.36 J/mol 8,314 J/mol K 298,15 K = 121,17 Dari Smith Van Ness Equation (15.17) ln K K 1 T 298,15 298,15 R T298,15 x 1 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 21 dengan : K T R = konstanta kesetimbangan pada suhu tertentu = suhu tertentu = tetapan gas ideal, 8,314 J/mol K 298,15 = panas reaksi standar pada 298,15 K ( Smith Van Ness, 1975) Pada suhu 97 o C (1.243,15 K) besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut : K1.243,15 ln = K 298,15 R 298,15 T 1 1.243,15 1 T 298,15 lnk 1.243,15 lnk 298,15-296.83 8,314 1 1.243,15 1 298,15 K 698,15 = 1,23 1 13 Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi berlangsung searah ke arah kanan (irreversible). Reaksi (II - 2) : G 298,15 = (-37.62) (-3.36 + ½ ()) J/mol = -7.26 J/mol ln K 298,15 = = G 298,15 R T - 7.26 J/mol 8,314 J/mol K 298,15 K = 28,36 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 22 Pada suhu 425 o C (698,15 K) besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut : K 698,15 ln = K 298,15 R 298,15 1 T 698,15 1 T 298,15 lnk 698,15 lnk 298,15-98.9 8,314 1 698,15 1 298,15 K698,15 = 244,69 Karena harga konstanta kesetimbangan relatif kecil, maka reaksi berlangsung bolak-balik (reversible). Reaksi (II - 3) : G 298,15 = (-69.3) (-228.77 + (-37.62)) J/mol = -9.613 J/mol ln K 298,15 = = G 298,15 R T - 9.613 J/mol 8,314 J/mol K 298,15 K = 36,55 Pada suhu 7 o C (343,15 K) besarnya konstanta kesetimbangan dapat dihitung sebagai berikut : K 343,15 ln = K 298,15 R 298,15 1 T 343,15 1 T 298,15 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 23 lnk 343,15 lnk 298,15-132.439 8,314 1 343,15 1 298,15 K 698,15 = 7,77 1 12 Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi berlangsung searah ke arah kanan (irreversible). b. Tinjauan Kinetika Secara kinetika, reaksi pembentukan sulfur dioksida mempunyai persamaan kecepatan reaksi sebagai berikut : Reaksi : SO 2 + ½ O 2 SO 3. (II 4) Konstanta kesetimbangan : Kp = 11.3 exp T 1,68 dengan : Kp = konstanta kesetimbangan T = suhu reaksi, ºK Kecepatan reaksinya : r k Po 1 2 Pso 22,414 1 2 k 1 2 Pso Pso 2 2 Pso Po k 3 1 2 2 3 Pso Kp 3 2 dengan : r = kecepatan reaksi, kmol SO 2 /kg kat jam k 1 exp 12,16 5473 T Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 24 k 2 exp 9,953 8619 T k 3 exp 71,745 52596 T P ; P ; P = tekanan parsial gas O 2, SO 2, SO 3 O2 SO2 SO3 dihitung berdasarkan 1 kmol /O 2 jam atm (Froment, 199) c. Kondisi Operasi Proses kontak absorpsi ganda sulfur terjadi dalam suatu reaktor fixed bed multibed pada gas atau uap dengan tekanan 1-4 atm dan temperatur 42ºC-6ºC. Reaksi kontak absorpsi ganda ini menggunakan katalis V 2 O 5. Katalis ini pada kondisi operasi akan mengoksidasi sulfur dioksida. Sifat penting vanadium pentoksida ialah mempunyai keterbatasan temperatur bawah dan atas. Selang temperatur bawah operasi katalis ini yaitu antara 42ºC sedangkan batas temperatur atas 6ºC. Umur katalis dapat mencapai 1 tahun dalam pemakaian normal. 2.2.2 Mekanisme Reaksi Pada reaksi katalitik ada beberapa kemungkinan mekanisme kontrol yang menentukan kecepatan reaksi, mekanisme untuk reaksi katalitik tersebut secara umum adalah : 1. Transfer massa reaktan dari badan utama fluida ke permukaan luar katalis (external diffusion). Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 25 2. Transfer massa reaktan dari permukaan luar ke permukaan dalam pori - pori katalis (internal diffusion). 3. Adsorbsi reaktan pada permukaan katalis. 4. Reaksi pada permukaan katalis. 5. Desorbsi produk reaksi dari permukaan dalam katalis 6. Transfer massa produk dari permukaan dalam ke permukaan luar katalis. 7. Transfer massa produk dari permukaan luar katalis ke badan utama fluida. (Fogler, 1999) Langkah yang menentukan adalah reaksi pada permukaan katalis. Oleh karena itu, langkah proses nomor 1, 2, 6, 7 sangat cepat dibandingkan langkah nomor 3, 4, 5 sehingga kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh transfer massa. (Smith, 1981) 2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses 2.3.1 Diagram Alir Proses Diagram alir prarancangan pabrik asam sulfat dari sulfur dan udara dapat ditunjukan dalam tiga macam, yaitu : a. Diagram alir proses (Gambar 2.1) b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.2 ) c. Diagram alir kuantitatif ( Gambar 2.3 ) Bab II Deskripsi Proses
S H 2O Ash P = 1 atm T = 14 o C M-1 B-1 H 2O O2 N2 P = 1,1 atm T = 38 o C H2O H2SO4 P =1 atm T = 41 o C MP-1 H2O H2SO4 P = 1 atm T = 71,3 o C H2O Ash O2 N2 SO 2 P =1 atm T =916,85 o C O 2 N2 P = 1 atm T = 34,5 o C Ash P =1 atm T = 425 o C CN-1 H2O O2 N2 SO 2 SO 3 P = 1 atm T = 425 o C H2O O 2 N 2 SO 2 SO 3 P = 1 atm T = 425 o C H2O O 2 N2 SO 2 P = 1 atm T = 425 o C Bed 1 Bed 2 Bed 3 Bed 4 O2 N2 H2O O 2 N 2 SO 2 SO3 P = 1 atm T = 6 o C H 2O O2 N 2 SO 2 SO3 P = 1 atm T = 444,3 o C SO2 SO3 P = 1 atm T = 426,85 o C H 2O O 2 N 2 SO 2 SO3 P = 1 atm T = 425 o C O 2 N 2 SO2 H 2O O2 N2 SO 2 SO 3 P = 1 atm T = 429,85 o C SO3 P = 1 atm T = 2 o C H 2O H 2SO4 P = 1 atm T = 72,8 o C O2 N2 SO 2 SO3 P =1 atm T = 94,9 o C AB-2 O2 N 2 SO2 AB-1 H2O H2SO4 P = 1 atm T = 12 o C SO3 P = 1 atm T = 197,5 o C H2O H2O H2SO4 P = 1 atm T = 12 o C O2 N 2 SO 2 SO 3 P = 1 atm T = 2 o C H2O H 2SO4 P = 1 atm T = 7 o C Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif TP-2 H 2O H 2SO4 P = 1 atm T = 7 o C H2O H2SO4 P = 1 atm T = 72,95 o C H 2O H2SO4 P = 1 atm T = 72,95 o C H 2O P = 1atm T = 3 o C H2O P = 1atm T = 3 o C TP-1 H 2O H2SO4 P = 1 atm T = 71,3 o C H 2O H2SO4 P = 1 atm T = 71,3 o C H 2O H2SO4 P =1 atm T = 37 o C S H 2O Ash P = 1 atm T = 3 o C Produk asam sulfat
Kapasitas 1. Ton/Tahun 3 2.3.2 Langkah Proses Dalam proses produksi asam sulfat dapat dibagi dalam beberapa tahap, yaitu : a). Tahap persiapan bahan baku b). Tahap reaksi c). Tahap pemurnian produk a. Tahap Persiapan Bahan Baku Bahan baku sulfur berupa granular disimpan di dalam gudang penyimpanan (G-1) pada suhu 3 o C dan tekanan 1 atm. Sulfur diangkut dengan Belt Conveyor (BC-1) menuju Hopper (H-1) untuk ditampung sebelum dileburkan. Sulfur padat dengan ukuran serbuk selanjutnya dilebur pada Melter (M-1) pada 14 o C dengan media pemanas steam. Selanjutnya produk cairan M- 1 dipompakan dengan pompa (P-1) menuju Burner (B-1) bersama dengan itu dialirkan udara kering yang diperoleh dari udara luar dan ditekan dengan Blower (BL-1) dan dilewatkan menara pengering (MP-1). Kandungan air dalam udara atmosfer diserap oleh H 2 SO 4 98,5% yang bersifat hidroskopis, sehingga dihasilkan udara kering. Hal ini bertujuan untuk mencegah terjadinya reaksi antara gas SO 3 dengan air yang terkandung dalam udara sehingga akan menyebabkan korosi. H 2 SO 4 disirkulasi secara kontinyu dari Tangki Pengencer I (TP-1) untuk menjaga konsentrasi H 2 SO 4 98,5%. Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 31 Produk udara kering diumpankan menuju burner. Burner difungsikan untuk mereaksikan sulfur dengan udara membentuk sulfur dioksida pada kondisi operasi temperatur 916,85 o C dan tekanan 1 atm dengan sifat reaksi eksotermis. Setelah terjadi proses reaksi pembentukan sulfur dioksida produk dari burner berupa gas dilewatkan di Waste Heat Boiler (WHB-1) yang berfungsi memanfaatkan panas produk keluar burner untuk memproduksi steam dimana produk keluar Waste Heat Boiler suhunya menjadi 425 o C dan dilewatkan Cyclones (CN-1) yang berfungsi untuk menyaring impuritas sebelum gas sulfur dioksida diumpankan menuju reaktor. b. Tahap Reaksi Gas SO 2 dimasukkan R-1 yang terdiri dari 4 buah bed catalyst. 3 bed teratas merupakan konversi tingkat pertama sedangkan bed keempat merupakan konversi tingkat kedua. Katalis yang digunakan berupa vanadium pentoksida (V 2 O 5 ) dengan suhu optimum sekitar 42 o C - 6 o C. Gas proses yang mengandung SO 2 bersuhu 425 o C dari burner masuk ke converter bed I, dimana gas SO 2 diubah menjadi SO 3. Reaksi yang terjadi adalah : SO 2 + ½ O 2 SO 3.... (II 5) Temperatur pada bed dijaga pada temperatur sekitar 425 o C agar katalis tetap pada kondisi operasi optimumnya sehingga diharapkan terjadi konversi reaksi yang optimum pula. Pada bed pertama, reaksi berlangsung dengan konversi sekitar 69,38%. Gas yang mengandung SO 3 yang keluar dari bed I, bersuhu Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 32 6 o C, dimasukkan ke Heat Exchanger I (HE-1) dengan media pendingin gas keluar absorber I yang bersuhu 94,9 o C. Gas yang mengandung SO 3 keluar HE- 1, bersuhu 425 o C, masuk ke bed II. Pada bed ke-2 ini reaksi berlangsung dengan konversi sekitar 2,62%. Gas outlet bed II dimana temperatur 444,3 o C dialirkan ke HE-2 dengan media pendingin sama dengan bed I, sehingga dihasilkan gas dengan temperatur 425 o C. Gas ini dialirkan ke bed III dengan konversi 6,4%. Gas outlet bed III yang banyak mengandung gas SO 3 bersuhu 429,85 o C masuk ke HE- 3 kemudian masuk ke Economizer I (EK-1) dengan media pendingin air. Gas tersebut didinginkan menjadi 2 o C sebelum masuk ke menara absorber I (AB- 1). Setelah gas SO 3 diserap dengan H 2 SO 4 di menara absorber, sisa gas keluar absorber dengan temperatur 94,9 o C dan dipanaskan di HE-1, HE-2 dan HE-3, sehingga temperatur masuk ke bed IV menjadi 425 o C. Pada bed IV ini terjadi reaksi dengan konversi sebesar 3,3%, sehingga konversi total menjadi 99,7%. Gas outlet bed IV, temperatur 426,85 o C masuk ke dalam Economizer II (EK-2), dimana gas tersebut didinginkan menjadi 2 o C sebelum masuk menara absorber II (AB-2). c. Tahap Pemurnian Produk Produk dari Tangki Pengencer II (TP-2) dipompa menuju TP-1. Sisa gas dari AB-1 akan dikembalikan ke bed IV. Gas yang banyak mengandung SO3 keluar dari bed IV dan diabsorpsi oleh H2SO4 98,5% yang berasal dari TP-2 yang dipompa oleh P-6 dan gas tersebut dilewatkan EK-2 untuk didinginkan Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 33 terlebih dahulu. Produk yang dihasilkan dalam AB-2 berupa H 2 SO 4 dengan kadar 99,9% dan ditampung oleh tangki penampung TP-2. H 2 SO 4 dari AB-1 dan AB-2 ditambahkan air demineralisasi untuk diencerkan menjadi 98,5%. Sisa gas SO 2 yang keluar dari AB-2 diemisikan ke udara bebas. Produk H 2 SO 4 dari TP-1 dipompa oleh P-8 melewati HE-5 untuk mendinginkan produk sehingga temperatur produk maksimum adalah 37 o C sebelum masuk ke tangki penyimpan asam sulfat (T-1). 2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas Produk Kapasitas Satu tahun produksi : Asam Sulfat 98,5% berat : 1. ton/tahun : 33 hari Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam 2.4.1. Neraca Massa Basis perhitungan Satuan : 1 jam operasi : kg/jam Neraca massa prarancangan pabrik asam sulfat sesuai dengan Gambar 2.3. Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 34 Tabel 2.1 Neraca Massa pada Melter (M-1) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 1 Arus 2 S 4.83,366 4.83,366 H 2 O,243,243 impuritas 1,4298 1,4298 Total 4.85 4.85 Tabel 2.2 Neraca Massa pada Burner (B-1) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 2 Arus 3 Arus 4 S 4.83,366 H 2 O,243,243 impuritas 1,4298 1,4298 O 2 6.112,6327 2.37,5442 N 2 2.13,897 2.13,897 SO 2 8.158,4545 Total 4.85 26.243,4424 3.328,4424 3.328,4424 3.328,4424 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 35 Tabel 2.3 Neraca Massa pada Cyclones (CN-1) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 4 Arus 5 Arus 6 H 2 O,243,243 Impuritas 1,4298 1,4298 O 2 2.37,5442 2.37,5442 N 2 2.13,897 2.13,897 SO 2 8.158,4545 8.158,4545 Total 3.328,4424 1,4298 3.327,127 3.328,4424 3.328,4424 Tabel 2.4 Neraca Massa pada Reaktor Bed I (R-1) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 6 Arus 7 H 2 O,243,243 O 2 N 2 SO 2 SO 3 2.37,5442 2.13,897 8.158,4545 623,896 2.13,897 2.498,1188 7.73,9839 Total 3.327,127 3.327,127 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 36 Tabel 2.5 Neraca Massa pada Reaktor Bed II (R-1) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 7 Arus 8 H 2 O,243,243 O 2 N 2 SO 2 SO 3 623,896 2.13,897 2.498,1188 7.73,9839 23,7544 2.13,897 815,8454 9.176,3988 Total 3.327,127 3.327,127 Tabel 2.6 Neraca Massa pada Reaktor Bed III (R-1) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 8 Arus 9 H 2 O,243,243 O 2 N 2 SO 2 SO3 23,7544 2.13,897 815,8454 9.176,3988 73,3516 2.13,897 293,744 9.828,9428 Total 3.327,127 3.327,127 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 37 Tabel 2.7 Neraca Massa Absorber (AB-1) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 9 Arus 12 Arus 1 Arus 13 H 2 O,243 2.627,3311 438,928 O 2 73,3516 73,3516 N 2 2.13,897 2.13,89 SO 2 293,744 293,744 SO 3 9.828,9428 98,2894 H 2 SO 4 172.528,749 184.448,179 Total 3.327,127 175.155,46 2.596,1551 184.886,2636 25.482,4187 25.482,4187 Tabel 2.8 Neraca Massa Tangki Pengencer (TP-1) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 13 Arus 21 Arus 24 Arus 25 Arus 18 H 2 O 438,928 542,8456 8,292 1.937,7458 2.926,713 H 2 SO 4 184.228,179 7.212,916 527,254 192.187,517 Total 184.448,179 7.754,9372 535,2833 1.937,7458 195.114,23 195.114,23 195.114,23 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 38 Tabel 2.9 Neraca Massa pada Reaktor Bed IV (R-1) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 1 Arus 11 O 2 N 2 SO 2 SO 3 73,3516 2.13,897 293,744 98,2894 6,1126 2.13,897 24,4754 434,7574 Total 2.596,1551 2.596,1551 Tabel 2.1 Neraca Massa Absorber (AB-2) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 11 Arus 14 Arus 15 Arus 16 H 2 O 116,2131 19,3688 O 2 6,1126 6,1126 N 2 2.13,897 2.13,897 SO 2 24.4754 24.4754 SO 3 434,7574 4,3476 H2SO4 7.631,3248 8.158,5788 Total 2.596,1551 7.747,5379 8.177,9477 2.165,7453 28.343,693 28.343,693 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 39 Tabel 2.11 Neraca Massa pada Tangki Pengencer (TP-2) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 15 Arus 17 Arus 23 H 2 O 19,3688 14,8735 124,2423 H 2 SO 4 8.158,5788 8.158,5788 Total 8.177,9477 14,8735 8.282,8212 8.282,8212 8.282,8212 Tabel 2.12 Neraca Massa Menara Pengering (MP-1) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 2 Arus 22 Arus 3 Arus 21 H 2 O 19,8288 433,168 542,8456 O 2 6.112,6327 6.112,6327 N 2 2.13,897 2.13,897 H 2 SO 4 7.212,916 7.212,916 Total 26.676,4592 7.321,924 26.243,4424 7.754,9372 33.998,3797 33.998,3797 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 4 Tabel 2.13 Neraca Massa pada Tee (TE-1) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 19 Arus 12 Arus 2 H 2 O 2.737,1599 2.627,3311 19,8288 H 2 SO 4 179.74,1666 172.528,749 7.212,916 Total 182.477,3265 175.155,46 7.321,924 182.477,3265 182.477,3265 Tabel 2.14 Neraca Massa pada Tee (TE-2) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 23 Arus 14 Arus 24 H 2 O 124,2423 116,2131 8,292 H 2 SO 4 8.158,5788 7.631,3248 527,254 Total 8.282,8212 7.747,5379 535,2833 8.282,8212 8.282,8212 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 41 Tabel 2.15 Neraca Massa pada Tee (TE-3) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 18 Arus 19 Arus 24 H 2 O 2.926,713 2.737,16 189,554 H 2 SO 4 192.187,517 179.74,167 12.447,35 Total 195.114,23 182.477,326 12.636,93 195.114,23 195.114,23 Tabel 2.16 Neraca Massa Total Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 2 Arus 17 Arus 22 Arus 25 Arus 5 Arus 16 Arus 26 S 4.83,36 H 2 O 6 14,8735 4333,168 1.937,7458 189,5536 impuritas,243 1,4298 O 2 1,4298 6.112,6327 6,1126 N 2 2.13,897 2.13,897 SO 2 24,4754 SO 3 4,3476 H 2SO 4 12.447,3499 Total 4.85 14,8735 26.676,4592 1.937,7458 1,4298 2.165,7453 12.636,935 32.84,785 32.84,785 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 42 2.4.2 Neraca Panas Basis perhitungan Satuan : 1 jam operasi : kj/jam Tabel 2.17 Neraca Panas pada Melter (M-1) Komponen Q input (kj/jam) Q output (kj/jam) Q arus 1 14.924,528 Q arus 2 729.99,338 Q peleburan 219.765,918 Q pemanas 495.299,338 Total 729.99,338 729.99,338 Tabel 2.18 Neraca Panas pada Burner (B-1) Komponen Q input (kj/jam) Q output (kj/jam) Q arus 2 729.99,338 Q arus 3 312.95,753 Q reaksi 37.8.266,15 Q arus 4 38.842.352,16 Total 38.842.352,16 38.842.352,16 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 43 Tabel 2.19 Neraca Panas Menara Pengering (MP-1) Komponen Q input (kj/jam) Q output (kj/jam) Gas Cairan Gas Cairan H 2 O 1.785,974 21.775,57 21.775,57 O 2 75.14,747 5.266,563 N 2 278.477,33 261.829,19 H 2 SO 4 28.59,972 28.59,972 Panas pelarutan 251.629,877 Panas laten 338.889,93 Total 71.352,224 71.352,224 Tabel 2.2 Neraca Panas pada Cyclones (CN-1) Komponen Q input (kj/jam) Q output (kj/jam) Q arus 4 11.48.383,452 Q arus 5 318,961 Q arus 6 11.48.64,491 Total 11.48.383,452 11.48.383,452 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 44 Tabel 2.21 Neraca Panas pada Reaktor (R-1) Komponen Input (kj/jam) Output (kj/jam) Q bed I 13.954.855,648 2.139.424,115 Q bed II 13.773.693,789 14.454.163,118 Q bed III 13.757.27,37 13.927.848.358 Q bed IV 1.89.352,725 1.954.293,81 Panas reaksi 12.553.289,671 Panas pendingin 5.453.669,81 Total 64.929.399,23 64.929.399,23 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 45 Tabel 2.22 Neraca Panas pada Absorber (AB-1) Komponen Q input (kj/jam) Q output (kj/jam) Gas Cairan Gas Cairan H 2 O 67,95 3.828.425,467 337.928,314 O 2 12.75,228 4.757,588 N 2 3.677.975,72 1.463.,332 SO 2 34.416,299 13.22,835 SO 3 1.212.475,149 4.564,21 H 2 SO 4 23.691.393,773 13.486.538,653 Panas reaksi -16.95.897,44 Panas laten 1.5.921,918 Total 16.36.931,849 16.36.931,849 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 46 Tabel 2.23 Neraca Panas pada Tangki Pengencer (TP-1) Komponen Input (kj/jam) Output (kj/jam) Q arus 13 13.414.236,674 Q arus 21 5.366,542 Q arus 24 36.16,819 Q arus 25 41.334,363 Panas pengenceran 15.782,331 Q arus 18 13.57.688,467 Total 13.57.688,467 13.57.688,467 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 47 Tabel 2.24 Neraca Panas pada Absorber (AB-2) Komponen Q input (kj/jam) Q output (kj/jam) Gas Cairan Gas Cairan H 2 O 169.34,313 14.94,4 O 2 1.6,269 991,535 N 2 3.677.975,72 3.624.961,188 SO 2 2.868,25 2.842,522 SO 3 53.63,644 527,96 H 2 SO 4 1.47.926,38 596.541,52 Panas reaksi -711.959,595 Panas laten 46.484,762 Total 4.24.787,18 4.24.787,18 Tabel 2.25 Neraca Panas pada Tangki Pengencer (TP-2) Komponen Input (kj/jam) Output (kj/jam) Q arus 15 593.155,523 Q arus 17 2.237,73 Panas pengenceran 66,524 Q arus 23 595.459,121 Total 595.459,121 595.459,121 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 48 Tabel 2.26 Neraca Panas Total Komponen Input (kj/jam) Output (kj/jam) Q arus 1 14.924,528 Q arus 17 2.237,73 Q arus 22 364.368,51 Q arus 25 41.334,363 Q arus 5 318,961 Q arus 16 3.629.35,26 Q arus 18 13.57.688,467 Q reaksi 22.936.5,374 Q pemanas 495.299,892 Q peleburan 219.765,918 Q pengneceran 15.848,885 Q laten 1.436.296,61 Q pendingin 5.453.669,81 Total 24.9.279,54 24.9.279,54 Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 49 2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses 2.5.1 Lay Out Pabrik Lay out 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 dari para karyawan serta keselamatan proses. Pada prarancangan pabrik ini, tata letak dari pabrik dapat dilihat pada Gambar 2.4. Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik ini adalah : 1. Pabrik asam sulfat ini merupakan pabrik baru (bukan pengembangan) sehingga penentuan lay out tidak dibatasi oleh bangunan yang ada. 2. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa mendatang. 3. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan, maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan panas, bahan yang mudah meledak dan jauh dari asap atau gas beracun. 4. Sistem konstruksi yang direncanakan adalah outdoor untuk menekan biaya bangunan dan gedung dan juga iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secara outdoor. 5. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian pengaturan ruangan/lahan. Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 5 Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu : 1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol Daerah administrasi 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. 2. Daerah proses Daerah proses merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung. 3. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk Daerah penyimpanan bahan baku dan produk merupakan daerah untuk tempat bahan baku dan produk. 4. Daerah gudang, bengkel dan garasi Daerah gudang, bengkel dan garasi merupakan daerah yang digunakan untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses. 5. Daerah utilitas Daerah utilitas merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan. (Vilbrandt, 1959) Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 51 pos Gambar 2.4 Lay Out Pabrik Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 52 2.5.2 Lay Out Peralatan Proses Lay out peralatan proses adalah tempat dimana alat-alat yang digunakan dalam proses produksi. Tata letak peralatan proses pada prarancangan pabrik ini dapat dilihat pada Gambar 2.5. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pada pabrik asam sulfat, antara lain : 1. Aliran udara Aliran udara di dalam dan di sekitar peralatan 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. 2. Cahaya Penerangan sebuah pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan. 3. Lalu lintas manusia Dalam perancangan lay out peralatan perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalankan tugasnya juga diprioritaskan. 4. Pertimbangan ekonomi Dalam menempatkan alat - alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik. Bab II Deskripsi Proses
Kapasitas 1. Ton/Tahun 53 5. 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. (Vilbrandt, 1959) Bab II Deskripsi Proses