Download - Formaldehide Metal Oxide
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
1/122
i
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIKFORMALDEHID
DARIMETANOLDAN UDARA PROSESMETAL OXIDE
KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN
Disusun Oleh :
Eko Heriyanto
I0504025
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2011
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
2/122
ii
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIKFORMALDEHID DARIMETANOLDAN
UDARA PROSESMETAL OXIDE KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN
Oleh :
Eko Heriyanto
I0504025
Disetujui :
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Fadilah, ST. MT. Ir. Paryanto, M.S.
NIP. 19720812 200003 2 001 NIP. 19580425 198601 1 001
Dipertahankan di depan tim penguji :
1. Dr. Eng. Agus Purwanto 1..........................................
NIP. 19750411 199903 1 001
2. Ir. Muljadi, M.Si. 2..........................................
NIP. 19461024 198503 1 001
Disahkan
Ketua Jurusan Teknik
Kimia
Ir. Arif Jumari, M.Sc.
NIP. 19650315 199702 1 001
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
3/122
iii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
Kemuliaan itu tidak akan pernah diraih melalui impian dalam tidur.
Kemuliaan hanya dapat diraih dengan takad yang besar dan kerja keras. (Dr.
Aidh Al-Qarni)
Kupersembahkan karya ini kepada :
Ibu dan bapak tersayang
Istri dan anakku yang selalu menemaniku
Adik-adikku yang tercinta
Rekan-rekan teknik kimia UN S
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
4/122
iv
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan
rahmat dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan
laporan tugas akhir dengan judul Prarancangan Pabrik FormaldehiddariMetanol
dan Udara ProsesMetal OxideKapasitas 15.000 Ton/tahun.
Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas bantuan
dan bimbingan selama penelitian hingga terselesainya penulisan laporan ini
kepada:
1. Ir. Arif Jumari, M.Sc selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia UNS dan
Pembimbing Akademik.
2. Fadilah, ST.MT selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Paryanto, MS selaku
Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas
akhir.
3. Dr. Eng Agus Purwanto dan Ir.Muljadi, M.Si selaku Dosen Penguji dalam
ujian pendadaran tugas akhir.
4. Bapak, Ibu, dan keluarga yang telah memberikan doa dan dorongan baik
secara moral maupun material.
5. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya.
6. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik
yang membangun. Besar harapan penulis semoga laporan tugas akhir ini dapat
bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.
Surakarta, April 2010
Penulis
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
5/122
v
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN..................................................................... ii
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN....................................... iii
KATA PENGANTAR................................................................................. iv
DAFTAR ISI............................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR................................................................................... x
DAFTAR TABEL....................................................................................... xi
INTISARI ............................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ................................................................... 1
1.2 Kapasitas Rancangan .......................................................... 3
1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ..................................................... 7
1.4 Tinjauan Pustaka ................................................................. 9
1.4.1Macam-macam Proses ............................................... 9
1.4.2Kegunaan Produk....................................................... 11
1.4.3Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ......... 12
1.4.4
Tinjauan Proses Secara Umum .................................. 15
BAB II DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ................................... 16
2.1.1Spesifikasi Bahan Baku ............................................. 16
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
6/122
vi
2.1.1Spesifikasi Produk ..................................................... 17
2.1.2Spesifikasi bahan pembantu ...................................... 18
2.2 Konsep Proses ..................................................................... 19
2.2.1 Dasar Reaksi.............................................................. 19
2.2.2 Mekanisme Reaksi .................................................... 20
2.2.3 Tinjauan Termodinamika .......................................... 22
2.2.4 Tinjauan Kinetika ...................................................... 23
2.2.5 Kondisi Operasi ......................................................... 23
2.2.6 Katalis ....................................................................... 24
2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ........................... 24
2.3.1 Diagram Alir Proses ......................................... 24
2.3.2 Tahapan Proses................................................. 25
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ......................................... 31
2.4.1 Neraca Massa ............................................................ 31
2.4.2 Neraca Panas ............................................................. 35
2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan ............................................. 38
2.5.1 Lay Out Pabrik .......................................................... 38
2.5.2 Lay Out Peralatan ...................................................... 41
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES
3.1
Tangki Penyimpanan Metanol ............................................. 44
3.2Tangki Penyimpanan Formldehid ........................................ 45
3.3Tangki Penyimpanan Air penyerap ...................................... 45
3.4Vaporizer ............................................................................ 46
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
7/122
vii
3.5Separator ............................................................................ 47
3.6Reaktor ............................................................................... 48
3.7Pompa 01 ............................................................................. 50
3.8Pompa 02 .............................................................................. 51
3.9Pompa 03 .............................................................................. 52
3.10 Heat Exchanger 01 ............................................................. 52
3.11 Heat Exchanger 02 ............................................................. 53
3.12 Heat Exchanger 03 ............................................................. 54
3.13 Heat Exchanger 04 ............................................................. 55
3.14 Heat Exchanger 05 ............................................................. 56
3.15 Absorber ............................................................................. 57
3.16 Blower 01 ........................................................................... 57
3.17 Blower 02 ........................................................................... 58
3.18 Blower 03 ........................................................................... 59
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM
4.1 Unit Pendukung Proses ....................................................... 60
4.1.1 Unit Pengadaan Air ................................................... 61
4.1.2 Unit Pengadaan Pendingin Reaktor .......................... 73
4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan.................................... 74
4.1.4
Unit Pengadaan Listrik .............................................. 75
4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar.................................... 81
4.1.6 Unit Pengolahan Limbah........................................... 83
4.2 Laboratorium ....................................................................... 83
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
8/122
viii
4.2.1 Laboratorium Analisis Bahan Baku dan Produk ....... 87
4.2.2 Laboratorium Penguji Kualitas Air ........................... 87
4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan............ 88
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN
5.1Bentuk Perusahaan ................................................................ 89
5.2Struktur Organisasi ............................................................... 90
5.3Tugas dan Wewenang ........................................................... 95
5.3.1 Pemegang Saham ...................................................... 95
5.3.2 Dewan Komisaris ...................................................... 95
5.3.3 Dewan Direksi ........................................................... 96
5.3.4 Staf Ahli .................................................................... 97
5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) .................. 97
5.3.6 Kepala Bagian ........................................................... 98
5.3.7 Kepala Seksi .............................................................. 102
5.4Pembagian Jam Kerja Karyawan .......................................... 102
5.4.1Karyawan non Shift...................................................... 102
5.4.2Karyawan Shift............................................................. 103
5.5Status Karyawan dan Sistem Gaji ......................................... 104
5.6Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ............. 105
5.6.1
Penggolongan Jabatan ............................................... 105
5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ....................................... 106
5.7Kesejahteraan Sosial karyawan ............................................. 108
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
9/122
ix
BAB VI ANALISA EKONOMI
6.1 Penaksiran Harga Peralatan................................................. 111
6.2 Penentuan Total Capital Investment(TCI) ......................... 113
6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Invesment) .................. 114
6.2.2 Modal Kerja (WorkingCapital) ............................... 115
6.3 Biaya Produksi Total(Total Production Cost)................... 116
6.3.1Manufacturing Cost.................................................. 116
6.3.2 General Expense ....................................................... 117
6.4 Keuntungan (profit) ............................................................. 118
6.5 Analisa Kelayakan .............................................................. 118
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. xiv
LAMPIRAN
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
10/122
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Grafik KebutuhanFormaldehiddi Dunia ................................ 4
Gambar 1.2. Grafik Impor Formaldehiddi Indonesia Tahun 2006-2009 .... 5
Gambar 1.3. Lokasi Pabrik Formaldehid ...................................................... 9
Gambar 2.1. Diagram Alir Proses ................................................................. 28
Gambar 2.2. Diagram alir kualitatif .............................................................. 29
Gambar 2.3. Diagram Alir Kuantitatif .......................................................... 30
Gambar 24. Tata Letak Pabrik ..................................................................... 40
Gambar 2.5. Tata Letak Peralatan Proses ..................................................... 43
Gambar 4.1. Skema Pengolahan Air Laut .................................................... 64
Gambar 4.2. Skema Pengolahan Air Proses ................................................. 68
Gambar 4.3. Skema Pengolahan Air Konsumsi dan Sanitasi ....................... 72
Gambar 4.4. Skema Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) .................... 84
Gambar 5.1. Sruktur Organisasi Pabrik Formaldehid.................................. 94
Gambar 6.1. Grafik Analisa Kelayakan ........................................................ 119
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
11/122
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Data Kebutuhan Formaldehid di Dunia ...................................... 4
Tabel 1.2. Data Impor Formaldehiddi Indonesia ........................................ 5
Tabel 1.3. Daftar Pabrik Formaldehid di Indonesia..................................... 6
Tabel 1.4. Proses Pembuatan Formaldehid.................................................. 11
Tabel 1.5. Kelebihan dan Kekurangan Proses Silver Catalyst..................... 11
Tabel 1.6. Kelebihan dan Kekurangan ProsesMetal Oxide Catalyst.......... 11
Tabel 1.7. Sifat-sifat Fisika Udara ............................................................... 13
Tabel 2.1. Neraca Massa Over all................................................................ 31
Tabel 2.2. Neraca Massa Vaporizer(V-01) ................................................. 32
Tabel 2.3. Neraca Massa Separator (S-01) ................................................... 32
Tabel 2.4. Neraca Massa Titik Percampuran 1 (Tee-01) ............................. 33
Tabel 2.5. Neraca Massa Titik Percampuran 1 (Tee-02) ............................. 33
Tabel 2.6. Neraca Massa Reaktor (R-01) ..................................................... 34
Tabel 2.7. Neraca Massa Absorber (A-01) .................................................. 34
Tabel 2.8. Neraca Panas Reaktor (R-01) ...................................................... 35
Tabel 2.9. Neraca Panas Absorber (A-01) ................................................... 35
Tabel 2.10. Neraca Panas Vaporizer(V-01) ................................................. 36
Tabel 2.11. Neraca Panas Separator (S-01) ................................................... 36
Tabel 2.11. NeracaHeat Exchanger(HE-01) ............................................... 36
Tabel 2.12. NeracaHeat Exchanger(HE-02) ............................................... 37
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
12/122
xii
Tabel 2.13. NeracaHeat Exchanger (HE-03) ............................................... 37
Tabel 2.14. NeracaHeat Exchanger(HE-04) ............................................... 37
Tabel 2.15. NeracaHeat Exchanger(HE-05) ............................................... 37
Tabel 4.1. Penggunaan Air Laut Sebagai Media Pendingin ........................ 62
Tabel 4.2. Jumlah Kebutuhan Air Konsumsi dan Sanitasi ........................... 70
Tabel 4.3. Kebutuhan Air Tanah .................................................................. 73
Tabel 4.4. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dam Utilitas ............ 76
Tabel 4.5. Penentuan Jumlah Lumen pabrik ................................................ 78
Tabel 4.6. Total Kebutuhan Listrik Pabrik ................................................... 80
Tabel 5.1. Jadwal Pembagian KelompokShift............................................. 104
Tabel 5.2. Jumlah Karyawan Menurut Jabatan ............................................ 106
Tabel 5.3. Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ..................................... 108
Tabel 6.1. Indeks Harga alat......................................................................... 112
Tabel 6.2. Modal Tetap ................................................................................ 114
Tabel 6.3. Modal Kerja ................................................................................ 115
Tabel 6.4. Direct Manufacturing Cost......................................................... 116
Tabel 6.5. Indirect Manufacturing Cost....................................................... 116
Tabel 6.6. Fixed Manufacturing Cost.......................................................... 117
Tabel 6.7. General Expense......................................................................... 117
Tabel 6.8. Analisa Kelayakan ...................................................................... 119
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
13/122
xiii
INTISARI
Eko Heriyanto, 2011, Prarancangan Pabrik Formaldehid dari Metanol danUdara ProsesMetal oxidekapasitas 15.000 ton/tahun, Jurusan Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Prarancangan pabrikformaldehiddirencanakan memiliki kapasitas 15.000
ton/tahun dengan kemurnian 37% berat menggunakan proses Metal Oxide dan
katalis yang digunakan adalah iron molybdenum oxidepada suhu 300-4000C dan
tekanan 1,3 atm yang berlokasi di Bontang-Kalimantan Timur.
Bahan baku metanoldiambil dari PT. Kaltim Metanol Industri dan oksigen
diambil dari udara dilingkungan sekitar, keduanya direaksikan dalam reaktorfixed
bed multitubedengan menggunakan Dow Therm Asebagai pendingin. Gas hasil
reaksi dilewatkan absorber yang berfungsi untuk melarutkan formaldehiddengan
menggunakan air sebagai pelarutnya, proses pembuatannya memerlukan bahan
baku metanolsebanyak 759,996 kg/jam dan udara sebanyak 2595,123 kg/jam.Unit utilitas sebagai pendukung proses menyediakan listrik, bahan bakar,
pengolahan air, dan pengolahan limbah untuk kelancaran proses produksi. Air
diambil dari laut dan air tanah, listrik disediakan oleh PLN dan generator.Terdapat tiga laboratorium, yaitu laboratorium analisis produk dan bahan baku,
laboratorium penguji kualitas air, dan laboratorium penelitian dan pengembangan.
Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas dengan sistem organisasi
garis dan staf. Sistem kerja karyawan berdasarkan pada pembagian menurut jam
kerja yang terdiri dari karyawan shiftdan nonshift.
Pabrik ini beroperasi selama 330 hari dalam satu tahunnya. Hasil analisa
ekonomi terhadap prarancangan pabrik formaldehid membutuhkan modal Rp.
116.323.234.492,00 dengan Return of Investment (ROI) sebelum pajak 39,74 %
dan sesudah pajak 31,79 %. Pay Out Time(POT) sebelum pajak 2,01 tahun dansesudah pajak 2,39 tahun. Break Even Point (BEP) adalah 50,84 % dan Shut
Down Point (SDP) adalah 34,75 %. Rate of Return (i) berdasarkan Discounted
Cash Flow adalah 27,85 %. Ditinjau dari analisa ekonomi dapat disimpulkan
bahwa pabrik formaldehid proses Metal Oxide katalis iron molybdenum oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun layak untuk didirikan.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
14/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Keberhasilan proses industrialisasi pada era perdagangan bebas
sekarang ini sangat ditentukan oleh adanya sumber daya alam dan sumber
daya manusia yang berkualitas. Indonesia sebagai salah satu negara yang
mempunyai sumber daya alam maupun sumber daya manusia yang
berlimpah sangat berpotensi untuk mengembangkan industri dalam negeri
terutama industri-industri yang bersifat padat modal maupun padat
teknologi dan mempunyai prospek pemasaran yang menguntungkan. Salah
satu industri yang mempunyai persyaratan diatas adalah industri
pembuatan formaldehid.
Seiring dengan penggunaan formaldehid yang terus meningkat di
dunia maka pertumbuhan pabrik formaldehid pun juga meningkat. Namun
demikian, besarnya konsumsi formaldehid tidak diimbangi dengan
pertumbuhan pabrik yang ada dimana dikatakan di www.highbeam.com
bahwa pada tahun 2000 sampai 2004 pertumbuhan pabrik formaldehid
2,3% sedangkan konsumsi formaldehid dunia sebesar 3,1% dan pada
www.sriconsulting.com dikatakan bahwa pada tahun 2003 sampai 2006
pertumbuhan pabriknya 3,9 % sedangkan konsumsi formaldehid 5,4 %.
Peningkatan kebutuhan formaldehid di dunia dibuktikan dengan naiknya
permintaan bahan baku formaldehid yaitu metanol. Berdasarkan data dari
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
15/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 2
www.methanex.com permintaan metanol untuk bahan baku pembuatan
formaldehid semakin meningkat.
Negara-negara produsen formaldehid di dunia berdasarkan
kapasitas produksinya yaitu : Eropa Barat (33 %), Amerika Selatan (24%),
Jepang (7 %), Cina (5 %) dan negara lainnya (31%). Sedangkan kebutuhan
formaldehid di dunia sekitar 20 juta ton per tahun (formaldehid 37 %
berat) (www.nexant.com).
Formaldehid merupakan senyawa dari gugus aldehid yang
penggunaannya sangat luas di dunia industri. Hal ini disebabkan
formaldehid dapat bereaksi dengan hampir semua senyawa, baik senyawa
organik maupun senyawa anorganik sehingga banyak sektor industri yang
menggunakan formaldehid sebagai bahan bakunya.
Formaldehid mempunyai banyak kegunaan diantaranya pada
pembuatan produk kimia seperti, melamin formaldehid, urea formaldehid,
fenol formaldehid, dan trioxane. Selain itu, formaldehid juga digunakan
dalam pembuatan bahan kimia antara lain sintesa 1,4-butandiol, trimetilol
propana dan neophentil glikolyang digunakan dalam pembuatan produk
plastic polyuretane dan polyester, synthetic resin counting, dan synthetic
lubricating oils. Formaldehid juga digunakan secara langsung tetapi dalam
jumlah kecil, misalnya sebagai bahan pengawet makanan dalam penelitian
dan disinfektan pada ruangan rumah sakit (Kirk dan Othmer).
Mempertimbangkan kebutuhan formaldehid di dunia yang terus
meningkat, maka sangat memungkinkan untuk mendirikan pabrik
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
16/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 3
formaldehid di Indonesia. Pendirian pabrik ini bertujuan untuk memenuhi
kebutuhan formaldehid dalam negeri dan meningkatkan komoditas ekspor
formaldehid sehingga menambah devisa negara. Selain itu, bedirinya
pabrik ini juga dapat mendorong berdirinya pabrik baru untuk diversifikasi
produk menjadi bahan-bahan yang mempunyai nilai ekonomis tinggi.
Formaldehid yang akan diproduksi berkadar 37% berat karena
disesuaikan dengan kebutuhan industri terutama industri perekat kayu.
Selain itu kadar formaldehid yang terdapat dipasaran nasional maupun
internasional berkadar 37% sampai 55% sehingga sesuai dengan
kebutuhan pasar.
1.2. Kapasitas Perancangan
Kapasitas produksi dari pabrik akan mempengaruhi perhitungan
teknis maupun ekonomis dalam perancangan pabrik. Semakin besar
kapasitas produksinya maka kemungkinan keuntungannya juga semakin
besar. Namun ada faktor-faktor lain yang harus dipertimbangkan dalam
penentuan kapasitas produksi, seperti kebutuhan pasar dan ketersediaan
bahan baku dan kapasitas rancangan minimum yang telah berdiri.
1.2.1. Kebutuhan Pasar
Kebutuhan formaldehid di dunia dikutib dari
www.monographs.com, www.sriconsulting.com, www.highbeam.com
adalah sebagai berikut:
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
17/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 4
Tabel 1.1. Data Kebutuhan Formaldehid di Dunia
Tahun Kebutuhan (juta ton)
2000 21,091
2003 24
2004 26,5
2006 28
y = 1.1909x - 2360.8R2= 0.9674
0
5
10
15
20
25
30
1998 2000 2002 2004 2006 2008
tahun
ju
ta
to
n
Gambar 1.1 Grafik Kebutuhan Formaldehid di Dunia
Berdasarkan grafik kebutuhan formaldehid di dunia di atas
diperkirakan kebutuhan formaldehid di dunia pada tahun 2015 adalah
y = 1,1909x 2360,8
y = 1,1909(2015) 2360,8
= 38,8635 juta ton
Jadi kebutuhan formaldehid di dunia pada tahun 2015 adalah 38,8635 juta
ton.
Sedangkan dari data statistik perdagangan luar negeri Indonesia,
kebutuhan formaldehid di Indonesia adalah sebagai berikut:
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
18/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 5
Tabel 1.2. Data Impor Formaldehid Indonesia
Tahun Berat (kg)
2006 19.075
2007 3.444
2008 318.051
2009 604
(Sumber: Data statistik impor,BPS 2010)
y = 25919x - 5E+07
R2= 0.0464
-100001000030000500007000090000
110000130000150000170000190000210000230000250000270000290000
310000
2005 2006 2007 2008 2009 2010
Tahun
Berat(Kg)
Gambar 1.2. Grafik Impor Formaldehid di Indonesia Tahun 2006-2009
Dari Grafik import formaldehid diatas diperkirakan impor pada
tahun 2015 adalah
Y = 25919x 5.107
Y = 25919.(2015) - 5.107
Y = 2.226.785 kg
Jadi import pada tahun 2015 adalah 2.226.785 kg
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
19/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 6
1.2.2 Kapasitas Minimum Pabrik Formaldehid
Kapasitas rancangan minimum pabrik formaldehid dapat diketahui
dari data kapasitas pabrik formaldehid yang telah berdiri di Indonesia pada
Tabel 1.3.
Tabel 1.3. Daftar Pabrik Produsen Formaldehid di Indonesia
No. Nama Perusahaan Kapasitas (ton/th)
1. PT Arjuna Utama Kimia 23.000
2. PT Pamolite Adhesive Industry 36.000
3. PT Superin 36.000
4. PT Lakosta Indah 28.000
5. PT Dyno Mugi Indonesia 29.400
6. PT Batu Penggal Chemical Industry 28.000
7. PT Kurnia Kapuas Utama Glue Industry 38.000
8. PT Intan Wijaya Chemical Industry 61.500
9. PT Dofer Chemical 60.000
10. PT Sabak Indah 72.000
11. PT Duta Pertiwi Nusantara 50.000
12. PT Kayu Lapis Indonesia (Jateng) 15.000
13. PT Gelora Citra Kimia Abadi 48.000
14. PT Kayulapis Indonesia (Irja) 40.000
15. PT Duta Rendra Mulia 33.500
16. PT Binajaya Roda Karya 45.000
17. PT Perawang Perkasa Industry 48.000
18. PT Belawandeli Chemical 30.000
19. PT Putra Sumber Kimindo 45.000
20. PT Orica Resindo Mahakam 35.000
(Sumber : http://preview.detik.com/detiknews)
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
20/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 7
1.2.3. Ketersediaan Bahan Baku
Bahan baku utama formaldehid adalah metanol. Kebutuhan
metanol dapat dipenuhi dari PT. Kaltim Methanol Industri dengan
kapasitas 660.000 ton/tahun yaitu sebanyak 330.000 ton/tahun digunakan
untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri (www.datacon.co.id).
Dari ketiga hal tersebut diatas maka ditetapkan rancangan kapasitas
pabrik sebesar 15.000 ton/tahun dengan pertimbangan :
1. Dapat memenuhi kebutuhan formaldehid dalam negeri.
2. Dapat diproyeksikan untuk ekspor guna menambah devisa negara
mengingat kebutuhan formaldehid di pasar internasional terus
meningkat dari tahun ke tahun (dari www.sriconsulting.com rata-rata
peningkatan kebutuhan formaldehid sebesar 4%).
3. Kapasitas minimum pabrik yang masih berdiri sebesar 15.000
ton/tahun.
4. Bahan baku metanol yang didatangkan dari PT.Kaltim Metanol
Industri masih cukup untuk menghasilkan formaldehid dengan
kapasitas 15.000 ton/tahun
1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik
Lokasi suatu pabrik akan menentukan kedudukan pabrik dalam
persaingan maupun penentuan kelangsungan produksinya. Pabrik
formaldehid ini direncanakan akan didirikan di Bontang, Kalimantan
Timur, dengan pertimbangan:
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
21/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 8
1.Sumber Bahan Baku
Bahan baku untuk memproduksi formaldehid adalah metanol
didatangkan dari PT. Kaltim Methanol Industri.
2.Pemasaran
Produk formaldehid yang dihasilkan direncanakan untuk
memenuhi kebutuhan dalam negeri, yaitu akan digunakan sebagai
bahan baku untuk industri-industri plywood, melamin formaldehid,
tryoxaneyang juga banyak terdapat di Kalimantan khususnya Bontang
dan di Jawa khususnya Cilegon.
Selain itu, produk formaldehid juga akan di ekspor yang
kebanyakan digunakan untuk amino resin (34 %),phenolic resin(13%),
polyacetal resins (9%), dan sebagian kecil digunakan untuk
paraformaldehid, hexamine, dan pentaerythritol (www.nexant.com).
3.Sumber Daya Manusia
Tersedianya tenaga kerja menurut kualifikasi tertentu merupakan
pertimbangan yang penting. Di pulau Bontang kebutuhan akan tenaga
tersebut dapat terpenuhi meskipun tidak berasal dari daerah setempat.
4.Sarana Transportasi
Di Kalimantan Timur terdapat pelabuhan yang memadai untuk
pengiriman produk maupun untuk penerimaan bahan baku.
Selain itu, di Kalimantan Timur terdapat pelabuhan nasional.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
22/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 9
5.Kebijakan Pemerintah
Pemerintah lebih menetapkan Bontang sebagai salah satu kawasan
industri di Indonesia yang demikian pendirian pabrik di kawasan
Bontang akan mendapatkan kemudahan dari sisi non teknis.
Berikut adalah lokasi pendirian pabrik :
Gambar 1.3 Lokasi pabrik formaldehid
1.4. Tinjauan Pustaka
1.4.1. Macam-macam Proses
Ada beberapa macam proses yang dapat digunakan untuk
membuat formaldehid. Proses-proses yang banyak digunakan antara lain :
1. Proses Silver Catalyst
Proses ini menggunakan katalis perak. Katalis ini mempunyai
umur sekitar 3 - 8 bulan. Reaksi terjadi pada tekanan atmosfer dan suhu
yang tinggi yaitu 600 - 650oC.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
23/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 10
CH3OH(g)+ O2(g) CH2O(g) + H2O(g) H=-37,28kkal/mol
CH3OH(g) CH2O(g)+ H2(g) H = 20,31kkal/mol
(Othmer, Vol 11, hal 493)
Pada proses ini udara yang dimurnikan direaksikan dengan metanol
dalam reaktor katalitik. Produk didinginkan dengan cepat, selanjutnya
dialirkan ke menara absorber dimana metanol, air dan formaldehid
terkondensasi di dasar menara. Untuk memurnikan produk sesuai
dengan keinginan dilakukan pemurnian dengan proses destilasi.
Konversi yang diperoleh dapat mencapai 65,1% dengan yield
keseluruhan mencapai 89,1% (Mc. Ketta, vol. 21, hal. 358).
2. Proses Metal Oxide Catalyst
Proses pembuatan formaldehid menggunakan methanol dan
katalis Iron Molybdenum Oxide. Katalis ini mempunyai umur sekitar
12 sampai 18 bulan. Proses ini beroperasi pada suhu 300 - 400o
C, dan
tekanan 1 - 1,5 atm. Reaksi yang terjadi :
CH3OH + O2 CH2O + H2O H = - 37,28 kkal/mol
(Othmer, Vol 11, hal 494)
Methanol uap dicampur dengan udara dan gas recycle kemudian
direaksikan dengan katalis iron-molybdenum oxide dalam sebuah
reaktor fixed bed multitube. Konversi yang diperoleh bisa mencapai
98% dengan yield formaldehid 94,4 % ( Ketta, vol 23, hal 364).
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
24/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 11
Tabel 1.4Proses Pembuatan Formaldehid
Proses Suhu Operasi Konversi Katalis/bulan
Sliver catalyst 600 - 650oC 65,1% Ag/ 3-8
Metal Oxide
Catalyst
300 - 400oC 98% Iron molibdenum oxide /
12-18
Berikut ini kelebihan dan kekurangan masing-masing proses :
1. Proses silver catalyst
Tabel 1.5 Kelebihan dan Kekurangan Proses Silver Catalyst
Kelebihan Kekurangan
1.Tekanan atmosferik
2.Konsentrasi produk lebih
bervariasi karena
menggunakan menara
distilasi
1. Suhu operasi tinggi (600-6500C)
2. Memerlukan alat distilasi
3. Umur katalis pendek (3-8 bulan)
4. Yieldnya rendah (89,1%)
5. Konversinya rendah (65,1 %)
2. ProsesMetal Oxide catalyst
Tabel 1.6 Kelebihan dan Kekurangan ProsesMetal Oxide catalyst
Kelebihan Kekurangan
1. Konversinya lebih tinggi (98%)
2. Suhu lebih rendah dari silver catalyst (300-
4000C)
3. Yieldnya lebih tinggi dibanding silver catalyst
(94,4 %)
4. Tekanan atmosferik
5. Umur katalis lama (12-18 bulan)
Konsentrasi produk
yang dihasilkan
kurang bervarisi
Berdasarkan perbandingan masing-masing proses di atas maka dalam
prarancangan pabrik ini digunakan proses metal oxide catalyst.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
25/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 12
1.4.2. Kegunaan Produk
Kegunaan formaldehid dalam industri kimia yaitu :
a. Resin, formaldehid banyak digunakan untuk menghasilkan resin
bersama dengan urea, melamin, dan phenol. Resin-resin ini dipakai
dalam pembuatan particleboards, plywood, furniture dan pelapis
permukaan (coating).
b. Bahan intermediet untuk sintesis senyawa kimia lain, seperti 1,4
butanadiol, trimetilol propan, penta erythritol, hexametilen tetramin,
NTA (Nitrilo Triacetic Acid), EDTA (Ethylene Diamine Tetraacetic
Acid), dan MDI (4,4 diphenylmethane diisocyanate).
c. Penggunaan langsung formaldehid sebagai penghambat korosi,
electroplating dan finishing kaca dalam industri logam, bahan
pengawet dan desinfektan dalam dunia kedokteran dan kosmetik.
(Othmer,vol.11, hal.497)
1.4.3. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk
A.Bahan Baku
1.Metanol
Sifat fisis:
BM = 32 g/mol
Melting point(1 atm) = -97,68oC
Boiling Point(1 atm) = 64,70oC
Temperatur kritis = 512,43oK
Tekanan kritis = 79,9 atm
Densitas (25oC) = 0,78663 g/cm
3
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
26/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 13
Viskositas (25oC) : larutan = 0,541 cp
Gas = 0,00968 cp
Data thermodinamika:
Gf = -36,869 kkal/mol
Hf = -57,130 kkal/mol (pada 25oC fasa gas)
Sifat kimia:
a. Reaksi esterifikasi terhadap metanol
CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3+ H2O
Asam asetat Metanol metil asetat
b. Reaksi adisi
CH3
CH3CCH2 + CH3OH CH3CO CH3
CH3 CH3
Metil t- butil eter
(Mc.Ketta, hal. 421)
2.Udara
(Campuran utama gas N2dan O2dengan komposisi 79% N2dan 21% O2)
Tabel 1.7Sifat-Sifat Fisika Udara
Sifat fisika N2 O2
Berat molekul 28 32
Wujud gas tidak berwarna gas tidak berwarna
Specific gravity 12,5 1,71
Titik lebur,oC, P = 1 atm -209,68 -218,4
Titik didih,oC P = 1 atm -195,8 -183
Suhu kritis,oK 126,2 154,6
Tekanan kritis, bar 33,9 50,6
H+
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
27/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 14
Cp gas N2= 7,44 1,324 x 10-2
T + 6,4 x 10-6
T2 2,79 x 10
9T
3
(Ketta, 1983)
B.Produk
Formaldehid 37% Berat
Sifat fisika :
Berat molekul = 30 g/gmol
Wujud = cair
Boiling Point = 99oC
Viskositas (25o
C) = 2 cP
Spesefic heat = 0,8 kal/(g.oC)
Data-data termodinamika :
Gf = -109,9 kJ/mol
Hf = -115,9 kJ/mol
(Mc.Ketta, vol.23)
Sifat kimia :
a. Reaksi dengan air
Formaldehid dengan adanya air dapat membentuk methylenglikol
H
CH2 = O + H2O HO C OH
H
b. Reaksi dengan asetaldehid
Formaldehid dengan asetaldehid dalam larutah NaOH dapat
membentukpantaerythritoldan sodium format.
CH2=O + CH3-CHO + NaOH C(CH2OH)2 + HCOONa
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
28/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB I Pendahuluan 15
c. Reaksi dengan asetilen
Asetilen akan bereaksi dengan formaldehid membentuk 2-butyne-
1,4-diol. Ketika terhidrogenasi akan terbentuk 1,4-butanediol.
2CH2=O + C2H2 HOCH2CC CH2OH
HOCH2CC CH2OH + 2H2 HO(CH2)4OH
(Mc.Ketta, vol.23, hal. 357)
1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum
Proses pembuatan formaldehid dengan proses Metal Oxide
menggunakan reaktorfixed bed multitubedengan katalisIron Molybdenum
Oxideyang dijaga pada kondisi temperatur antara 300 - 400oC dan tekanan
1,3 atm. Konversi yang didapat sebesar 98 %. Reaksi yang terjadi adalah
sebagai berikut :
CH3OH(g) + O2(g) CH2O(g)+ H2O(g)
Reaksi tersebut berlangsung secara eksotermis dan suhu reaktor
dipertahankan pada suhu dimana katalis masih aktif bereaksi agar tidak
terjadi reaksi samping (www.casale.com).
Pada prarancangan pabrik formaldehid ini reaksi samping
diabaikan mengingat suhu dalam reaktor akan dipertahankan pada
temperatur dibawah 400oC. Produk hasil reaktor kemudian dimurnikan di
dalam alat absorber dari sisa metanol dan gas-gas hasil reaksi, sebelum
masuk kedalam tangki penampungan.
kat
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
29/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 16
BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku
2.1.1.1 Metanol
Rumus Molekul : CH3OH
Wujud : cairan
Warna : jernih
Bau : menyengat
Titik Didih ( 1 atm ) : 64,5oC
Viskositas pada 25oC : 0,541 cp
Densitas pada 25oC : 0,7928 g/cm
3
Komposisi :
- Metanol, min 99,85 % berat
- Air, max 0,15 % berat
(Kaltim Methanol Industri)
2.1.1.2Udara
Wujud : gas
Warna : tak berwarna
Bau : tak berbau
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
30/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 17
Komposisi :
- Oksigen 20,946 + 0,002 % mol
- Nitrogen 78,084 +0,004 % mol
- Argon 0,934 +0,001 % mol
- Karbon dioksida 0,033 + 0,003 % mol
- Gas lain + 0,003 % mol
(Othmer, vol.17, 1996)
2.1.2 Spesifikasi Produk
Formaldehid (dalam bentuk formalin)
s Rumus Molekul : CHOH
s Berat molekul : 30 gr/gmol
s Wujud : cairan
s Warna : jernih
s Bau : menyengat
s Titik didih : 99oC
s Densitas pada 18oC : 1,11 g/cm
3
s Viskositas pada 30oC : 2 cP
s Panas Jenis : 0,8 kal/gr.oC
s Komposisi :
- Formaldehid 37 % berat
- Air 62,5 % berat
- Metanol 0,5 % berat
(Mc Ketta, 1983)
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
31/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 18
2.1.3 Spesifikasi Bahan Pembantu
2.1.3.1 Katalis (Iron molybdenum)
Wujud : padat
Warna : putih keabu-abuan mengkilap
Bentuk :pressed ring
Densitas : 1,8918 g kat/cm3
Dimensi : OD 4,5 mm
ID 1,7 mm
H 4 mm
Komposisi : MoO3 80-81 % berat
Fe2O3 14-15 % berat
Cr2O3 4-5 % berat
Porositas bed : 0,4
Densitas bulk : 0,8497 g kat/cm3reaktor
(Paula, A dkk, 2005)
2.1.3.2 Air
Rumus Molekul = H2O
Berat Molekul = 18 g/gmol
Viskositas pada 25oC = 1496,3 cP
Densitas pada 25oC = 0,99987 g/cm
3
(Othmer, vol.25)
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
32/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 19
2.2 Konsep Proses
2.2.1 Dasar Reaksi
Proses pembuatan formaldehid dari metanol dan udara dengan
katalis iron molybdenum berdasarkan pada reaksi oksidasi. Reaksi yang
terjadi sebagai berikut :
CH3OH (g)+ O2 (g) HCHO (g)+ H2O (g)
(Othmer, Vol 11, hal 494)
Reaksi berlangsung dalam fase gas dengan katalis padat dan
bersifat eksotermis. Oleh karena itu reaktor yang dipilih adalah reaktor
fixed bed multi tube.
Reaksi dilakukan pada suhu 300-400oC dan tekanan atmosferis
dengan perbandingan mol antara metanol dengan oksigen = 1 : 2 (US. Pat
: 4,343,954). Suhu reaktor tersebut dipilih berdasarkan pertimbangan
bahwa pada suhu tersebut dihasilkan konversi yang tinggi. Reaksi bersifat
eksotermis sehingga untuk mempertahankan suhu reaktor digunakan
pendingin.
Pendingin yang digunakan adalah Dow Term A yang mengalir
melalui shell, sedangkan reaktan mengalir melalui tube berisi katalis.
Proses ini menggunakan katalis iron molybdenum, dimana katalis ini
berfungsi untuk mengarahkan dan mempercepat reaksi, juga menurunkan
energi aktifasi.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
33/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 20
2.2.2 Mekanisme Reaksi
Mekanisme yang terjadi pada reaksi pembentukan formaldehid
adalah sebagai berikut :
1) Transfer gas metanol ke permukaan katalis
2) Transfer gas metanol ke pori-pori katalis
3) Adsorpsi gas metanol oleh katalis
4) Reaksi oksidasi metanol membentuk formaldehid
5) Desorpsi formaldehid
6) Transfer formaldehid ke permukaan katalis
7) Transfer formaldehid ke fase gas
Reaksi :
CH3OH (g)+ O2 (g) HCHO (g)+ H2O (g)
A + B C + D
Mekanisme reaksi :
A + S AS (Adsorpsi metanol)
B + AS CS + D (Reaksi di permukaan katalis)
CS C + S (Desorpsi formaldehid)
Persamaan adsorpsi ADr =
A
AS
VAAK
C.CPk (1)
Persamaan reaksi Sr =
S
DCS
BASSK
.PC.PCk (2)
Persamaan desorpsi Dr = ( )VCCCSD .C.KPCk (3)
(Fogler , 1999)
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
34/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 21
Jika adsorpsi metanol yang mengontrol, maka Sr = 0 dan Dr = 0
Dr = 0 CCS= PC.KC.CV (4)
Sr = 0 CAS=SB
DCS
.KP
.PC=
SB
DVCC
.KP
.P.C.KP (5)
Substitusi (5) ke (1)
ADr =
ASB
DVCC
VAA.K.KP
.P.C.KP.CPk =
AS
C
B
DC
AVA.KK
K.
P
.PPP.Ck ..(6)
Ct = CV+ CAS+CCS
= CV+SB
DVCC
.KP
.P.C.KP+ PC.KC.CV
= CV
++ CC
SB
CDC .KP.KP
.K.PP1
CV =
++ CC
S
C
B
DC .KPK
K.
P
.PP1
Ct ..(7)
Substitusi (7) ke (6)
ADr =
CC
S
C
B
DC
ASB
DC
AA
.KPK
K.
P
.PP1
.KK
Kc.
P
.PPP.Ct.k
++
=CCAA
BA
DC
AA
.KP.KP1
Kp
1.
.PP
.PP1.Ct.Pk
++
Untuk reaksi irreversible,
Kp
1= 0, sehingga
ADr =CCAA
AA
.KP.KP1
.Ct.Pk
++=
AS
D
BAAA
A
.K.KP
.PP.KP1
K.P
++
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
35/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 22
=
.P.YP
.K.KP
.P.YK1
.PK.Y
AD
ASB
AA
A
++
=.P.Yap.P.Yap1
.PK.Y
A2A1
A
++ ..(8)
2.2.3 Tinjauan Termodinamika
Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan eksotermis atau
endotermis maka diperlukan perhitungan panas pembentukan standart
(Hfo) pada 1 atm dan 298oK.
Pada proses pembentukan formaldehid terjadi reaksi sebagai berikut :
CH3OH (g) + O2 (g) HCHO (g) + H2O (g)
H298 = H produk H reaktan
H298 = (-115,9 + (-241,8)) kJ/mol (-201,17 + 0) kJ/mol
= -156,53 kJ/mol
Karena harga H298negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.
Gtotal = Gf produk Gf reaktan
= (-109,9 + (-228,6)) kJ/mol (-162,51 + 0) kJ/mol
= -175,99 kJ/mol
ln Kp = -RT
G
= -298.314,8
175990
Kp = 7,06887 x 1030
Karena harga Kp besar, maka dapat dianggap reaksi searah (irreversible).
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
36/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 23
2.2.4 Tinjauan Kinetika
Kecepatan reaksi metanol menjadi formaldehid adalah reaksi non
elementer, dengan persamaan reaksi dapat dituliskan sebagai berikut :
r =.Ym.Pap.Ym.Pap1
Kp.Ym.P
21 ++,dalam Kmol CH3OH terkonversi/Kg kat.det
dengan : ap1 = 567,606 exp (-1125,96/T)
ap2 = 8,36863.10-5
exp (7124,14/T)
Kp = 5,37227.10-2
exp (-7055,14/T)
Dimana :
r = kecepatan reaksi
Kp = konstanta kinetika reaksi (Kmol/Kg kat.det.atm)
api = konstanta (Kgmol/Kgmol CH3OH.atm)
P = tekanan (atm)
T = temperatur (oK)
Ym = fraksi mol metanol (Kgmol CH3OH/Kgmol)
(Paula, A., dkk, 2005)
Ditinjau dari kinetika reaksi, yang mengendalikan reaksi oksidasi metanol
menjadi formaldehid adalah adsorpsi metanol pada katalis.
2.2.5 Kondisi Operasi
Kondisi operasi sangat menentukan proses dan produk reaksi.
Operasi komersial pada pembentukan formaldehid berlangsung pada
suhu 300-400oC dan tekanan 1-1,5 atm (Othmer, Vol 11, hal 494).
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
37/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 24
Pada prarancangan ini dipilih kondisi operasi pada suhu 300oC dan
tekanan 1,3 atm. Hal yang menjadi pertimbangan bahwa pada persamaan
kecepatan reaksi pembentukan formaldehid, jika suhu reaksi tinggi maka
kecepatan reaksi akan semakin besar sehingga konversi reaksi akan
semakin besar pula, namun reaksi oksidasi metanol menjadi formaldehid
merupakan reaksi katalitik sehingga kondisi operasi harus pada rentang
suhu dimana katalis dalam keadaan aktif. Oleh karena itu dipilih suhu
dimana kecepatan reaksi tinggi dan katalis masih dalam keadaan aktif.
2.2.6 Katalis
Katalis merupakan suatu zat yang berpengaruh terhadap kecepatan
reaksi kimia dan tidak berubah pada akhir reaksi. Suatu katalis dapat
mempercepat reaksi kimia yaitu dengan menurunkan barrier energi/energi
pengaktifan dari suatu reaksi. Katalis hanya merubah kecepatan reaksi
tapi tidak berpengaruh terhadap kesetimbangan termodinamika suatu
reaksi. Dalam reaksi katalitik heterogen biasanya katalis berupa padatan,
sedangkan reaktan dan produknya berupa gas atau liquid (Fogler, 1999).
Katalis yang biasa digunakan dalam proses pembentukan
formaldehid adalah kristal perak dan metal oksida. Pada proses ini
digunakan katalis oksida besi molybdenum karena tidak mudah
terkontaminasi dan umur katalis lama (18 bulan) (Othmer, hal 494).
2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses
2.3.1 Diagram Alir Proses
Diagram alir ada tiga macam, yaitu :
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
38/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 25
a. Diagram alir proses (Gambar 2.1)
b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.2)
c. Diagram alir kuantitatif (Gambar 2.3)
2.3.2 Tahapan Proses
Proses pembuatan formaldehid dapat dibagi dalam empat tahap yaitu :
1. Tahap penyimpanan bahan baku
2. Tahap penyiapan bahan baku
3. Tahap pembentukan produk
4. Tahap pemurnian produk
2.3.2.1Tahap penyimpanan bahan baku
Bahan baku metanol cair disimpan di dalam tangki penyimpan metanol (T-
01) pada suhu lingkungan (30oC) dan tekanan atmosferis (1 atm) untuk
menjaga agar fase metanol tetap pada fase cair.
2.3.2.2Tahap penyiapan bahan baku
Penyiapan bahan baku bertujuan mencampur udara dengan off gas
absorber dan mengubah metanol dari fase cair menjadi fase gas.
a. Penyiapan udara dan off gasabsorber
Bahan baku udara dari lingkungan pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm
dilewatkan filter (FL-01), kemudian diblower dengan BL-01 untuk
menaikkan tekanannya menjadi 1,3 atm. Udara ini bersama dengan off
gas absorber (A-01) selanjutnya dilewatkan ke HE-01 untuk
menaikkan suhunya menjadi 132oC.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
39/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 26
b. Penyiapan metanol
Bahan baku metanol cair dari tangki penyimpan metanol (T-01)
dipompa menjadi tekanan 1,3 atm dan dialirkan menuju vaporizer(V-
01), media yang digunakan untuk memanaskan adalah Dow Term A
keluar reaktor. Uap metanol yang keluar dari V-01 selanjutnya
diumpankan ke separator1 (S-01) untuk memisahkan cairan dengan
uapnya.
Uap metanol yang keluar dari S-01 dicampur dengan udara dan off gas
absorberkeluar HE-01, kemudian dialirkan HE-02 untuk menaikkan
suhunya menjadi 300oC. Pemanas yang digunakan HE-02 adalah gas
produk reaktor. Gas campuran metanol, udara dan off gas absorber
selanjutnya diumpankan ke reaktor.
2.3.2.3Tahap pembentukan produk
Campuran metanol, udara dan off gas absorber pada suhu 300oC dan
tekanan 1,3 atm diumpankan pada reaktor fixed bed multi tube (R-01)
dengan kondisi non isothermal dan non adiabatis. Di dalam reaktor akan
terjadi reaksi oksidasi (reaksi bersifat eksotermis dan irreversible) sebagai
berikut :
CH3OH (g)+ O2 (g) HCHO (g)+ H2O (g)
Reaksi terjadi pada fase gas dengan katalis padat Fe dan Mo. Pada
temperatur 300-400oC dan tekanan + 1,3 atm metanol teroksidasi
membentuk formaldehid, dan besarnya konversi metanol dapat mencapai
98 % mol. Temperatur sangat mempengaruhi konversi yang terbentuk.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
40/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 27
Apabila suhu reaktor mencapai > 400oC atau diluar kisaran suhu yang
diijinkan (300-400o
C) maka akan terbentuk reaksi samping.
CH2O(g)+ O2(g) CO(g)+ H2O(g) H = -51 kkal/mol
(Mc. Ketta, vol. 23, hal. 361)
Oleh karena itu medium pendingin sangat berperan penting untuk
mencegah terbentuknya reaksi samping yang tidak diinginkan.
Di dalam reaktor akan terjadi kenaikan temperatur akibat dari reaksi yang
bersifat eksotermis, sehingga untuk mempertahankan suhu reaksi keluar
dari reaktor kurang dari 400oC diperlukan pendingin yang mengalir di
shell reaktor. Pendingin yang digunakan adalah Dowterm A. Setelah
digunakan sebagai media pendingin, Dowterm A digunakan sebagai
pemanas di Vaporizer dan HE-01 selanjutnya diumpankan kembali ke
dalam shell reaktor.
2.3.2.4Tahap pemurnian produk
Produk gas keluar reaktor terdiri dari CHOH, H2O, CH3OH, O2 dan N2
pada suhu 359,57oC dan tekanan 1,09 atm diblower dengan BL-02 untuk
menaikkan tekanannya menjadi 1,3 atm, selanjutnya dilewatkan ke HE-02,
dan HE-03 untuk didinginkan. Gas keluar HE-04 pada suhu 50oC
diumpankan ke absorber (A-01) yang berfungsi menyerap gas
formaldehid dengan menggunakan media penyerap air. Di dalam absorber
akan terjadi proses perpindahan massa yang akan diikuti dengan
perpindahan panas. Absorber yang digunakan berupa menara isian, dan
digunakan pelarut air karena kelarutan formaldehid dalam air sangat baik.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
41/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 28
Produk atas absorber berupa gas, sebagian di recycle dan sebagian lagi
dibuang (purge) ke udara, sedangkan produk bawah absorber berupa
larutan CHOH, H2O, dan CH3OH dipompa menuju HE-05 untuk
menurunkan suhunya menjadi 35oC dan tekanan 1,3 atm kemudian
dialirkan menuju tangki penyimpan produk (T-02).
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
42/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 29
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
43/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 30
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
44/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 31
2.4Neraca Massa dan Neraca Panas
Produk : formaldehid 37 %
Kapasitas perancangan : 15.000 ton/tahun
Waktu operasi selama 1 tahun : 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam
2.4.1 Neraca Massa
Diagram alir neraca massa sistem tabel
Basis perhitungan : 1jam operasi
Satuan : kg
2.4.1.1Neraca Massa Overall
Tabel 2.1 Neraca Massa Overall
Komp
INPUT OUTPUT
Arus 1 Arus 2 Arus 7 Arus 6 Arus 9
CHOH - - - 700,758 0,704
CH3OH - 758,856 - 9,470 1,160
H2O - 1,140 761,659 1183,712 -
O2 604,689 - - - 230,576
N2 1990,43 - - - 1990,434
Total
2595,12 759,996 761,659 1893,939 2222,874
4116,813 4116,813
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
45/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 32
2.4.1.2Neraca Massa di Vaporizer
Tabel 2.2 Neraca Massa Vaporizer (V-01)
Komp
INPUT OUTPUT
Arus 2 Arus 2b Arus 2a
CH3OH 758,856 189,714 948,570
H2O 1,140 0,285 1,425
Total
759,996 189,999 949,995
949,995 949,995
2.4.1.3Neraca Massa di Separator
Tabel 2.3 Neraca Massa Separator (S-01)
Komp
INPUT OUTPUT
Arus 2a Arus 2 Arus 2b
CH3OH 948,570 758,856 189,714
H2O 1,425 1,140 0,285
Total
949,995 759,996 189,999
949,995 949,995
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
46/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 33
2.4.1.4Neraca Massa di Titik Pencampuran 1 (Tee-01)
Tabel 2.4 Neraca Massa Titik Pencampuran 1 (Tee-01)
Komp
INPUT OUTPUT
Arus 1 Arus 10 Arus 3
CHOH - 2,817 2,817
CH3OH - 4,640 4,640
O2 604,689 922,303 1526,992
N2 1990,434 7961,735 9952,169
Total
6055,286 8891,496 11486,618
11486,618 11486,618
2.4.1.5Neraca Massa di Titik Pencampuran 2 (Tee-02)
Tabel 2.5 Neraca Massa Titik Pencampuran 2 (Tee-02)
Komp
INPUT OUTPUT
Arus 2 Arus 3 Arus 4
CHOH - 2,817 2,814
CH3OH 758,856 4,640 763,496
H2O 1,140 - 1,140
O2 - 1526,992 1526,992
N2 - 9952,169 9952,169
Total
759,996 11486,618 12246,614
12246,614 12246,614
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
47/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 34
2.4.1.6Neraca Massa di Reaktor
Tabel 2.6 Neraca Massa Reaktor (R-01)
Komp
INPUT OUTPUT
Arus 4 Arus 5
CHOH 2,814 704,279
CH3OH 763,496 15,270
H2O 1,140 422,017
O2 1526,992 1152,879
N2 9952,169 9962,169
Total 12246,614 12246,614
2.4.1.7Neraca Massa di Absorber
Tabel 2.7 Neraca Massa Absorber (A-01)
Komp
INPUT OUTPUT
Arus 5 Arus 7 Arus 6 Arus 8
CHOH 704,279 - 700,758 3,521
CH3OH 15,270 - 9,470 5,800
H2O 422,017 761,659 1183,712 -
O2 1152,879 - - 1152,879
N2 9962,169 - - 9952,169
Total12246,614 761,659 1893,939 11114,369
13008,309 13008,309
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
48/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 35
2.4.2 Neraca Panas
Basis perhitungan : 1jam operasi
Satuan : kJ
2.4.2.1Neraca Panas di Reaktor
Tabel 2.8 Neraca Panas Reaktor (R-01)
Arus INPUT OUTPUT
Q reaktan
Q produk
Q reaksi
Q yang diserap pendingin
3631979,7800
-
3659994,1374
-
-
4709834,3832
-
2582139,5342
Total 7291973,9174 7291973,9174
2.4.2.2Neraca Panas di Absorber
Tabel 2.9Neraca Panas Absorber (A-01)
Arus INPUT OUTPUT
Q gas ( umpan )
Q air (solvent)
Q produk
Q gas ( top )
328953,9768
105931,8025
-
-
-
-
147194,,5812
287691,1981
Total 434885,7793 434885,7793
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
49/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 36
2.4.2.3Neraca Panas di Vaporizer
Tabel 2.10 Neraca Panas Vaporizer (V-01)
Arus INPUT OUTPUT
Q heatingmetanol-air
Q vaporizemetanol-air
Q pemanas (Dowterm A)
46032,1370
823742,9701
-
-
-
869775,1071
Total 869775,1071 869775,1071
2.4.2.4Neraca Panas di Separator
Tabel 2.11 Neraca Panas Separator (S-01)
Arus INPUT OUTPUT
Q 2a (umpan)
Q 2b (bottom)
Q 2 (produk)
32264,134
-
-
-
22731,530
9532,604
Total 32264,134 32264,134
2.4.2.5Neraca Panas di Heat Exchanger 01
Tabel 2.12 Neraca Panas Heat Exchanger 01 (HE-01)
Arus INPUT OUTPUT
Q heatingudara + off gas
Q pemanas (Dow term A)
1973875,1625
-
-
1973875,1625
Total 1973875,1625 1973875,1625
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
50/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 37
2.4.2.6Neraca Panas di Heat Exchanger 02
Tabel 2.13 Neraca Panas Heat Exchanger 02 (HE-02)
Arus INPUT OUTPUT
Q coolinggas
Q pemanas (gas produk reaktor)
2304824,41
-
-
2304824,41
Total 2304824,41 2304824,41
2.4.2.7Neraca Panas di Heat Exchanger 03
Tabel 2.14Neraca Panas Heat Exchanger 03 (HE-03)
Arus INPUT OUTPUT
Q heatingsolvent
Q pemanas (gas)
63.589,3466
-
-
63.589,3466
Total 63.589,3466 63.589,3466
2.4.2.8Neraca Panas di Heat Exchanger 04
Tabel 2.15Neraca Panas Heat Exchanger 04 (HE-04)
Arus INPUT OUTPUT
Q coolingproduk
Q pendingin (sea water)
1844743,6575
-
-
1844743,6575
Total 1844743,6575 1844743,6575
2.4.2.9Neraca Panas di Heat Exchanger 05
Tabel 2.16 Neraca Panas Heat Exchanger 05 (HE-05)
Arus INPUT OUTPUT
Q coolingproduk
Q pendingin (sea water)
54760,0397
-
-
54760,0397
Total 54760,0397 54760,0397
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
51/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 38
2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan
2.5.1 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 formaldehid 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
depan.
3. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan
ledakan, maka perencanaan lay outselalu diusahakan jauh dari sumber
api, bahan panas, dan dari bahan yang mudah meledak, juga jauh dari
asap atau gas beracun.
4. Sistim kontruksi yang direncanakan adalah out door untuk menekan
biaya bangunan dan gedung, dan juga karena iklim Indonesia
memungkinkan konstruksi secara out door.
5. Harga tanah amat tinggi sehingga diperlukan efisiensi dalam
pemakaian dan pengaturan ruangan / lahan.
(Vilbrant, hal.177)
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
52/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 39
Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberap 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.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
53/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 40
Keterangan gambar :
1. Pos keamanan 9. Musholla
2. Perkir Kendaraan 10. Klinik
3. Laboratorium 11. Utilitas
4. Ruang Kontrol 12. Bengkel & Peralatan
5. Safety 13. Area Perluasan
6. Taman 14. Area Produksi
7. Kantor 15. Area Bongkar Muat
8. Kantin 16. Gudang
Gambar 2.4 Tata Letak Pabrik
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
54/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 41
2.5.2 Lay out peralatan
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out
peralatan proses pada pabrik formaldehid, 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 tempat-tempat
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 proses dapat segera
diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalani tugasnya juga
diprioritaskan.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
55/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 42
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 dieliminir.
(Vilbrant, hal.184)
Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa
sehingga :
- Kelancaran proses produksi dapat terjamin
- Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia
- Biaya kapital handling menjadi rendah dan dapat menghemat
pengeluaran untuk kapital yang kurang penting
- Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan
produktifitas kerja disamping keamanan yang terjadi.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
56/122
Prarancangan Pa brik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BA B II D eskripsi Proses 43
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
57/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 44
BAB III
SPESIFIKASI PERALATAN PROSES
3.1 TANGKI PENYIMPAN METANOL
Kode : T-01
Fungsi : Menyimpan bahan baku metanol untuk
kebutuhan selama 1 bulan.
Tipe : Silinder tegak (vertical cylinder) dengan dasar
datar (flat bottom) dan bagian atas conical.
Jumlah : 1 buah
Volume : 853,7116 m3
Kondisi penyimpanan : T = 30 C
P = 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon steelSA 283 gradeC
Diameter : 12,1921 m
Tinggi : 7,3153 m
Tebal shell
Course1 : 0,0191 m
Course 2 : 0,0175 m
Course3 : 0,0159 m
Course 4 : 0,0143 m
Tebal head : 0,0143 m
Tinggi head : 2,2175 m
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
58/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 45
3.2 TANGKI PENYIMPAN FORMALDEHID
Kode : T-02
Fungsi : Menyimpan produk Formaldehidselama 1 Bulan
Tipe : Silinder tegak (vertical cylinder) dengan dasar
datar (flat bottom) dan bagian atas conical.
Jumlah : 1 buah
Volume : 2052,2463 m3
Kondisi penyimpanan : T = 35 C
P = 1,3 atm
Bahan konstruksi : Carbon steelSA 283 gradeC
Diameter : 18,2880 m
Tinggi : 7,3152 m
Tebal shell
Course1 : 0,0302 m
Course 2 : 0,0286 m
Course3 : 0.0270 m
Course 4 : 0,0254 m
Tebal head : 0,0238 m
Tinggi head : 3,1468 m
3.3
TANGKI PENYIMPAN AIR PENYERAP
Kode : T-03
Fungsi : Menyimpan Solvent air untuk kebutuhan selama 1 Bulan.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
59/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 46
Tipe : Silinder tegak (vertical cylinder) dengan dasar
datar (flat bottom) dan bagian atas conical.
Jumlah : 1 buah
Volume : 653,3994 m3
Kondisi penyimpanan : T = 30 C
P = 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon steelSA 283 gradeC
Diameter : 10,6681 m
Tinggi : 7,3153 m
Tebal shell
Course1 : 0,0175 m
Course 2 : 0,0159 m
Course3 : 0,0143 m
Course 4 : 0,0143 m
Tebal head : 0,0127 m
Tinggi head : 1,9403 m
3.4
VAPORIZER
Kode : V-01
Fungsi : Menguapkan metanolsebelum bercampur dengan
udara dan off gas absorber.
Tipe : shell and tube horizontal vaporizer
Jumlah : 1 ( satu ) buah
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
60/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 47
Beban panas : 869.775,1071 kJ/jam
Luas transfer panas : 18,7015 m2(201,3 ft
2)
Spesifikasi shell:
Diameter dalam : 0,4382 m
Jarak baffle : 0,2191 m
Spesifikasi tubes :
Diameter luar : 0,0254 m
Diameter dalam : 0,0170 m
pitch : 0,0318 m triangular pitch
Panjang : 1,9812 m
Jumlah pipa : 118 buah
Pemanas :Dow Term A
Keb. Pemanas : 18.745,0058 kg/jam
Bahan : Carbon steel
3.5 SEPARATOR
Kode : S-01
Fungsi : Memisahkan campuran uap cair dari vaporizer, 80 % uap
dan sisanya direcycle ke vaporizer.
Jumlah : 1 buah
1.Kondisi operasi
Suhu = 71,522oC
Tekanan = 1,3 atm
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
61/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 48
2. Laju alir umpan = 759,995713 kg/jam
3. Spesifikasi
Drum/shell
- Volume = 0,4248 m3
- Diameter = 0,5639 m
- Tinggi = 1,7010 m
- Tebal shell = 0,0047 m
- Material = Carbon steelSA 283 gradeC
Head
- Tipe = Torrisperical dished head
- Tebal = 0,0047 m
- Tinggi = 0,1409 m
- Material = Carbon steelSA 283 gradeC
3.6
REAKTOR
Kode : R-01
Fungsi : Sebagai tempat berlangsungnya reaksi oksidasi
metanol menjadi formaldehid dengan bantuan
katalis iron molybdenum oxide.
Tipe : Fixed bedmultitube Reaktor
Desain : 1-1 shell and tube
Jumlah : 1 buah
Kondisi operasi
Suhu : 300 400oC
Tekanan : 1,3 atm
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
62/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 49
Waktu tinggal : 0,6527309 detik
Non adiabatis dan non isotermal
Spesifikasi :
a. Katalisator
Bahan : Fe2O3MoO3Cr2O3
Bentuk : Pressed ring
Umur : 18 bulan
Diameter : 0,0035 m
Porositas : 0,4
Bulk density : 849,7 kg kat/m3
reaktor
b. Tube
Panjang tube : 3,115 m
IDT : 0,02291 m
ODT : 0,0254 m
At : 4,123.10-4
m2
Jumlah : 5453
Susunan : triangular, denganpitch0,0318 m
Jumlahpass : 1
Material : carbon steel SA 283 grade C
c. Shell
IDs : 2,54 m
Tebal shell : 0,0064 m
Baffle space : 0,635 m
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
63/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 50
Jumlah : 1
Jumlahpass : 1
Material :carbon steel SA 283 grade C
d. Pendingin
Bahan :Dow Term A
Suhu masuk : 2900C
Suhu keluar : 353,050C
e. Head
Bentuk : Torisperical dished head
Tinggi : 0,4097 m
Tebal : 0,0095 m
Volume : 1,3875 m3
f. Reaktor
Tinggi : 3,93 m
Volume : 22,71m3
3.7 POMPA 01
Kode : P-01
Fungsi : Memompakanfresh metanoldari T-01 ke V-01
Tipe : single stage centrifugal pump
Kapasitas : 1,1645 m3/jam
Headpompa : 6,4737 m
Daya pompa : 0,5 HP
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
64/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 51
Kecepatan putar motor : 1750 rpm
Bahan konstruksi : carbon steel SA-283 grade C
Pipa yang digunakan
D nominal size : 0,0254 m
Schedule : 40
ID pipa : 0,0266 m
OD pipa : 0,0334 m
3.8 POMPA 02
Kode : P-02
Fungsi : Memompakan produk bottom Absorber ke T-02
Tipe : single stage centrifugal pump
Kapasitas : 2,5803 m3/jam
Headpompa : 9,0811 m
Daya pompa : 0,5 HP
Kecepatan putar motor : 1750 rpm
Bahan konstruksi : carbon steel SA-283 grade C
Pipa yang digunakan
D nominal size : 0,0318 m
No. Schedule : 40
ID : 0,0351 m
OD : 0,0422 m
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
65/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 52
3.9 POMPA 03
Kode : P-03
Fungsi : Memompakan Solvent(Air) dari T-03 ke
Absorber A-01
Tipe : single stage centrifugal pump
Kapasitas : 0,8935 m3/jam
Headpompa : 16,5815 m
Daya pompa : 1 HP
Kecepatan putar motor : 1750 rpm
Bahan konstruksi : carbon steel SA-283 grade C\
Pipa yang digunakan
D nominal size : 0,0254 m
No. Schedule : 40
ID : 0,0266 m
OD : 0,0334 m
3.10 HEAT EXCHANGER 01
Kode : HE-01
Fungsi : Memanaskan udara dan off gas absorber dari 47,81
oC menjadi 129,97 oC
Tipe : Shell and tube heat exchanger
Bahan konstruksi
Tube : Carbon steelSA 283 grade C
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
66/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 53
Shell : Carbon steel
Spesifikasi Tube
OD tube : 0,0254 m
ID tube : 0,0170 m
BWG : 8
Susunan : Triangular pitch, PT = 0,0318 m
Jumlah tube : 118
Passes : 2
Flow area : 0,00023 m2
Panjang tube : 1,9811 m
Surfaceper 1 ft : 0,0066 m2
Spesifikasi Shell
ID shell : 0,4382 m
Passes : 1
3.11 HEAT EXCHANGER 02
Kode : HE-02
Fungsi : Mendinginkan gas produk reaktor dan
memanaskan suhu gas reaktor.
Tipe : Shell and tube heat exchanger
Bahan konstruksi
Tube : Carbon steelSA 283 grade C
Shell : Carbon steelSA 283 grade C
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
67/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 54
Spesifikasi Tube
OD tube : 0,0254 m
ID tube : 0,0170 m
BWG : 8
Susunan : Triangular pitch, PT = 0,0318 m
Jumlah tube : 282
Passes : 2
Flow area : 0,00023 m
2
Panjang tube : 1,9811 m
Surfaceper 1 ft : 0,0066 m2
Spesifikasi Shell
ID shell : 0,6350 m
Passes : 1
3.12 HEAT EXCHANGER 03
Kode : HE-03
Fungsi : Memanaskan solvent (Air) sebelum diumpankan ke
A-01.
Tipe :Double pipe heat exchanger
Jumlah : 1 buah
Bahan konstruksi
Annulus : Carbon steel SA 283 gradeC
Inner pipe : Carbon steelSA 283 gradeC
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
68/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 55
Spesifikasi annulus
ID annulus : 0,0525 m
Flow areaannulus : 0,0302 m2
Panjang hairpin : 3,048 m
Jumlah hairpin : 4
Spesifikasi inner pipe
ID inner pipe : 0,0351 m
OD inner pipe : 0,0422 m
Flow area pipe : 0,00097 m2
3.13 HEAT EXCHANGER 04
Kode : HE-04
Fungsi : Mendinginkan gas produk Reaktor keluar HE-03
sebelum diumpankan ke Absorber
Tipe : Shell and tube heat exchanger
Bahan konstruksi
Tube : Stainless steel SS-304
Shell : Carbon steel SA 283 gradeC
Spesifikasi Tube
OD tube : 0,0254 m
ID tube : 0,0170 m
BWG : 8
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
69/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 56
Susunan : Triangular pitch, PT = 0,0318 m
Jumlah tube : 232
Passes : 2
Flow area : 0,00023 m2
Panjang tube : 1,9811 m
Surface per 1ft : 0,0066 m2
Spesifikasi Shell
ID shell : 0,5906 m
Baffle Spacing : 0,4459 m
Passes : 1
3.14 HEAT EXCHANGER 05
Kode : HE-05
Fungsi : Mendinginkan gas produk Absorber
Tipe :Double pipe heat exchanger
Jumlah : 1 buah
Bahan konstruksi
Annulus : Stainless steel SS-304
Inner pipe : Stainless steel SS-304
Spesifikasi annulus
ID annulus : 0,1023 m
Flow areaannulus : 0,002 m2
Panjang hairpin : 3,048 m
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
70/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 57
Jumlah hairpin : 4
Spesifikasi inner pipe
OD inner pipe : 0,0889 m
Flow area pipe : 0,0048 m2
3.15 ABSORBER
Kode : A-01
Fungsi : Menyerapformaldehiddalam campuran gas
hasil reaktor R-01 dengan menggunakan solvent air.
Jenis Packing : Ceramic rasching rings
Diameter Packing : 0,05 m
Jumlah : 1 buah
Diameter : 1,5 m
Tinggi Packing : 12,0752 m
Tinggi menara : 19,3537 m
Tinggi head : 0,2643 m
Teball shell : 0,00635 m
Tebal head : 0,0048 m
3.16 BLOWER 01
Kode : BL-01
Fungsi : Menaikkan tekanan udara dari 1 atm menjadi 1,3
atm.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
71/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 58
Tipe : Centrifugal blower
Kapasitas : 2237,283 m3/jam
Material : Carbon steel
Jumlah : 1 buah
Tekanan masuk : 1 atm
Tekanan keluar : 1,3 atm
Suhu masuk : 30oC
Suhu keluar : 30oC
Daya : 24 HP
3.17 BLOWER 02
Kode : BL-02
Fungsi : Mengalirkan gas Dowterm A masuk ke reaktor
Tipe : Centrifugal blower
Kapasitas : 2715,715 m3/jam
Material : Carbon steel
Jumlah : 1 buah
Tekanan masuk : 1,3 atm
Tekanan keluar : 1,3 atm
Suhu masuk : 290o
C
Suhu keluar : 290oC
Daya : 4 HP
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
72/122
Prarancangan Pab rik Formaldehid
dari Metanol dan Udara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB III Spesifikasi Peralatan Proses 59
3.18 BLOWER 03
Kode : BL-03
Fungsi : Mengalirkan gas produk reaktor ke HE-03.
Tipe : Centrifugal blower
Kapasitas : 20864,94 m3/jam
Material : Carbon steel
Jumlah : 1 buah
Tekanan masuk : 1,06 atm
Tekanan keluar : 1,3 atm
Suhu masuk : 363,06oC
Suhu keluar : 363,06oC
Daya : 88 HP
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
73/122
Prarancangan Pabrik Formaldehid
dari Metanol dan U dara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB IV U nit Pendukung Proses 60
BAB IV
UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM
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 formaldehidyang dirancang antara lain meliputi
unit pengadaan air, unit pengadaan pendingin reaktor, unit pengadaan
udara tekan, unit pengadaan listrik, unit pengadaan bahan bakar dan unit
pengolahan limbah.
1. Unit Pengadaan Air
Unit ini bertugas menyediakan dan mengolah air untuk memenuhi
kebutuhan air sebagai berikut :
a. Air pendingin
b. Air proses
c. Air konsumsi umum dan sanitasi
Sumber air berasal dari air laut dan air tanah.
2. Unit Pengadaaan Pendingin Reaktor
Unit ini bertugas menyediakan pendingin reaktor agar suhu reaktor
dipertahankan pada suhu 300-400
0
C. Pendingin yang digunakan
adalahunitDow Term A.
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
74/122
Prarancangan Pabrik Formaldehid
dari Metanol dan U dara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB IV U nit Pendukung Proses 61
3. 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
disupplay dari PLN dan dari generator sebagai cadangan bila listrik
dari PLN mengalami gangguan.
5. Unit Pengadaan Bahan Bakar
Unit ini bertugas menyediakan bahan bakar untuk kebutuhan furnace
dan generator.
6. Unit Pengolahan Limbah
Unit ini bertugas mengolah limbah yang dihasilkan dari proses
produksi yang berupa limbah gas yang keluar dari purging yang keluar
dari hasil atas absorber dan limbah cair yang berasal dari air sanitasi,
konsumsi dan proses.
4.1.1 Unit Pengadaan Air
4.1.1.1
Air pendingin
Air pendingin yang digunakan adalah air laut yang diperoleh dari
laut yang tidak jauh dari lokasi pabrik. Alasan digunakannya air laut
sebagai media pendingin adalah karena faktor- faktor sebagai berikut :
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
75/122
Prarancangan Pabrik Formaldehid
dari Metanol dan U dara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB IV U nit Pendukung Proses 62
a. Air laut dapat diperoleh dalam jumlah yang besar dengan biaya murah.
b. Mudah dalam pengaturan dan pengolahannya.
c. Dapat menyerap sejumlah panas per satuan volume yang tinggi.
d. Tidak terdekomposisi.
e. Tidak dibutuhkan cooling tower, karena air laut langsung dibuang lagi
ke laut.
Air pendingin ini digunakan sebagai pendingin pada cooler. Hal-
hal yang perlu diperhatikan dalam pengolahan air laut sebagai pendingin
adalah:
a. Partikel-partikel besar/ makroba (makhluk hidup laut dan konstituen
lain)
b. Partikel-partikel kecil/ mikroba laut (ganggang dan mikroorganisme
laut) yang dapat menyebabkanfouling pada alat heat exchanger.
Jumlah kebutuhan air laut sebagai media pendingin
Tabel 4.1 Penggunaan Air Laut Sebagai Media Pendingin
Alat Kebutuhan ( kg/jam )
Heat Exchanger 4 (HE-04) 29462,6301
Heat Exchanger 5 (HE-05) 874,5794
Jumlah 30337,2095
Densitas air laut pada 30oC adalah 1,19 gr/cm
3 = 1190 kg/m
3
Volume air laut yang dibutuhkan = 30,5214 m3/jam
= 732,5137 m3/hari
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
76/122
Prarancangan Pabrik Formaldehid
dari Metanol dan U dara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB IV U nit Pendukung Proses 63
Pengolahan air laut
Untuk menghindari fouling yang terjadi pada alat-alat penukar
panas maka perlu diadakan pengolahan air laut. Pengolahan dilakukan
secara fisis dan kimia. Pengolahan secara fisis adalah dengan screening
dan secara kimia adalah dengan penambahan Chlorine. Tahapannya adalah
sebagai berikut :
Air laut dihisap dari kolam yang langsung berada di pinggir laut
dengan menggunakan pompa, dalam pengoperasian digunakan dua buah
pompa, satu service dan satunya standby. Sebelum masuk pompa, air
dilewatkan pada Travelling Screen untuk menyaring partikel dengan
ukuran besar. Pencucian dilakukan secara kontinyu. Setelah dipompa
kemudian dialirkan ke strainer yang mempunyai saringan stainless steel
0,4 mm dan mengalami pencucian balik secara periodik. Air laut
kemudian dialirkan ke pabrik. Di dalam kolam diinjeksikan Sodium
hipoklorit untuk menjaga kandungan klorin minimum 1 ppm. Dalam
perancangan ini diinjeksikan klorin sebanyak 1 ppm. Sodium hipoklorit
dibuat di dalam Chloropac dengan bahan baku air laut dengan cara
elektrolisa. Klorin diinjeksikan secara kontinyu dalam kolam dan secara
intermittendi pipa pengaliran.
Skema pengolahan air laut dapat dilihat pada gambar 4.1:
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
77/122
Prarancangan Pabrik Formaldehid
dari Metanol dan U dara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB IV U nit Pendukung Proses 64
-
7/26/2019 Formaldehide Metal Oxide
78/122
Prarancangan Pabrik Formaldehid
dari Metanol dan U dara Proses Metal Oxide
kapasitas 15.000 ton/tahun
BAB IV U nit Pendukung Proses 65
Kebutuhan klorin
Kebutuhan klorin untuk pengolahan air laut dengan jumlah di atas adalah :
= 0,0062 kg/jam
= 7,4303. 10-6
m3/jam
Pemompaan air laut
Untuk memompa air laut dengan jumlah di atas dan untuk mengatasi
penurunan tekanan pada perpipaan dan peralatan, maka diperlukan jenis
pompa Single Stage Centrifugal dengan dengan daya pompa