09e00038_2
TRANSCRIPT
-
8/12/2019 09E00038_2
1/365
Edi Sinaga : Pembuatan Kristal Polyethylene Terephthalate Dengan Reaksi Esterifikasi Langsung TerephthalateAcidDan Ethylene GlycolDengan Kapasitas Produksi 200.000 Ton/Tahun, 2008.USU Repository 2009
PRA RANCANGAN PABRIK
PEMBUATAN KRISTALPOLYETHYLENE TEREPHTHALATE
DENGAN REAKSI ESTERIFIKASI LANGSUNG
TEREPHTHALATE ACIDDANETHYLENE GLYCOL
DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 200.000 TON/TAHUN
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia
Disusun Oleh :
EDI SINAGA
NIM : 030405006
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2008
-
8/12/2019 09E00038_2
2/365
-
8/12/2019 09E00038_2
3/365
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas
kehendak dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang
berjudul Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan kristal polyethylene terephthalate
dengan reaksi Esterifikasi langsung terephthalate acid dan ethylene glycol
dengan kapasitas 200.000 ton/tahun. Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi
salah satu syarat mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan tugas akhir ini, penulis banyak menerima bantuan dan
bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih
kepada:
1. Ibu Dr. Halimatuddahliana, MSc sebagai dosen pembimbing I yang telah
membimbing dan memberi masukan selama menyelesaikan tugas akhir
2. Ibu Mersi Suriani Sinaga, ST, MT sebagai dosen pembimbing II yang telah
membimbing dan memberi masukan selama menyelesaikan tugas akhir
3. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MT sebagai koordinator tugas akhir Departemen
Teknik Kimia Fakultas Teknik USU.
4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, sebagai ketua Departemen Teknik Kimia Fakultas
Teknik USU.
5. Seluruh Staff pengajar dan pegawai pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik USU.
6. Kedua orang tua penulis yang telah memberi dukungan moril dan spiritual,
kakak-kakakku serta adikku sekalian
7. Rekan satu tim penulis, Leman Sihotang. Rekan-rekan stambuk 2003 dan adik-adik stambuk 2004, 2005, 2006 dan 2007.
Penulis menyadari dalam penyusunan tugas akhir ini masih banyak terdapat
kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dari
pembaca yang konstruktif demi kesempurnaan penulisan tugas akhir ini. Akhir kata,
semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Juni 2008Penulis
Edi Sinaga
-
8/12/2019 09E00038_2
4/365
INTISARI
Pembuatan polyethylene terephthalate secara umum dikenal dengan
menggunakan proses esterifikasi langsung. Pabrik polyethylene terephthalate ini
direncanakan akan berproduksi dengan kapasitas 200.000 ton/tahun dan beroperasi
selama 330 hari dalam setahun. Pabrik ini diharapkan dapat mengurangi
ketergantungan Indonesia terhadap produk impor.
Lokasi pabrik direncanakan di daerah Karawang, Jawa Barat dengan luas
areal 27.738 m2, tenaga kerja yang dibutuhkan berjumlah 167 orang dengan bentuk
badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang direktur utama
dengan struktur organisasi sistem garis dan staf.
Hasil analisa ekonomi Pabrikpolyethylene terephthalateadalah :
Total Modal Investasi : Rp 2.371.215.969.850,-
Biaya Produksi : Rp 3.558.139.926.334,-
Hasil Penjualan : Rp 5.122.950.000.000.-
Laba Bersih : Rp 1.095.384.551.566,-
Profit Margin : 30,55 %
Break Event Point : 19,19 %
Return of Investment : 46,20 %
Pay Out Time : 2,16 tahun
Return on Network : 76,99 %
Internal Rate of Return : 50,57 %
Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan
polyethylene terephthalatelayak untuk didirikan.
-
8/12/2019 09E00038_2
5/365
DAFTAR ISI
Kata Pengantar .............................................................................................. i
Intisari ......................................................................................................... ii
Daftar Isi ....................................................................................................... iii
Daftar Tabel .................................................................................................. vi
Daftar Gambar .............................................................................................. x
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. I-1
1.1 Latar Belakang ............................................................................ I-1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................... I-3
1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik ...................................................... I-3BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... II-1
2.1 Polyethylene terepthalate............................................................. II-1
2.2 Sifat-sifat Reaktan Produk ........................................................... II-2
2.2.1 Terepthalate Acid (TPA) ........................................................ II-2
2.2.2 Ethylene glycol ..................................................................... II-3
2.2.3 Antimony Trioxide ................................................................ II-4
2.2.4 Polyethylene terepthalate ....................................................... II-4
2.3 Deskripsi proses .......................................................................... II-5
2.3.1 Tahap Persiapan Bahan Baku ................................................. II-5
2.3.2 Tahap reaksi .......................................................................... II-6
2.3.2.1 Reaksi pembentukanBishydroxylethyl Terepthalate
(BHET) ............................................................................ II-6
2.3.2.2 Reaksi Prepolimerisasi ..................................................... II-7
2.3.2.2 Reaksi Polikondensasi ...................................................... II-7
2.2.3 Tahap Pemisahan Produk ....................................................... II-8
BAB III NERACA MASSA.......................................................................... III-1
BAB IV NERACA ENERGI ........................................................................ IV-1
BAB V SPESIFIKASI PERALATAN .......................................................... V-1
BAB VI INSTRUMENTASI PERALATAN ................................................ VI-1
6.1 Instrumentasi ............................................................................... VI-1
6.1.1 Tujuan Pengendalian ............................................................. VI-3
6.1.2 Jenis-jenis pengendalian dan Alat Pengendali ........................ VI-3
-
8/12/2019 09E00038_2
6/365
6.1.3 Variabel-variabel Proses dalam sistem Pengendalian ............. VI-9
6.1.4 Syarat Perancangan Pengendalian .......................................... VI-10
6.2 Keselamatan Kerja....................................................................... VI-12
BAB VII UTILITAS................................................................................... VII-1
7.1 Kebutuhan Uap ............................................................................ VII-1
7.2 Kebutuhan Air ............................................................................. VII-2
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia .............................................................. VII-11
7.4 Kebutuhan Listrik ........................................................................ VII-11
7.5 Kebutuhan Bahan Bakar .............................................................. VII-11
7.6 Unit Pengolahan Limbah ............................................................. VII-13
BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK.................................. VIII-1
8.1 Lokasi pabrik ............................................................................... VIII-4
8.2 Tata Letak pabrik ......................................................................... VIII-6
8.3 Perincian Luas Tanah .................................................................. VIII-7
BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERALIHAN .................. IX-1
9.1 Organisasi Perusahaan ................................................................ IX-1
9.2 Manajemen Perusahaan ............................................................... IX-3
9.3 Bentuk Hukum dan Badan Usaha ................................................ IX-49.4 Uraian Tugas, Wewenang Dan Tanggung Jawab ......................... IX-5
9.5 Tenaga Kerja dan jam kerja ........................................................ IX-10
9.6 Sistem Penggajian ....................................................................... IX-12
9.7 Kesejahteraan tenaga kerja........................................................... IX-13
BAB X ANALISA EKONOMI................................................................... X-1
10.1 Modal Investasi ......................................................................... X-1
10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/Total Cost(TC) ............................. X-410.3 Total Penjualan (Total sales) ...................................................... X-5
10.4 Perkiraan Rugi/ Laba Usaha....................................................... X-5
10.5 Analisa Aspek Ekonomi ............................................................ X-5
BAB XI KESIMPULAN............................................................................. XI-1
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS
-
8/12/2019 09E00038_2
7/365
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI
-
8/12/2019 09E00038_2
8/365
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Statistik Impor Polyethylene terepthalate (PET) .................... I-2
Tabel 3.1 Neraca Massa Pada Tangki Pencampur (MT-101) ......................... III-2
Tabel 3.2 Neraca Massa Pada Reaktor 1 (R-101) .......................................... III-2
Tabel 3.3 Neraca Massa Pada Reaktor 2 (R-102) .......................................... III-3
Tabel 3.4 Neraca Massa Pada Reaktor 3 (R-103) .......................................... III-4
Tabel 3.5 Neraca Massa Pada Filter Press (FP-101)...................................... III-4
Tabel 3.6 Neraca Massa Pada Kristaliser(CR-101) ....................................... III-5
Tabel 3.7 Neraca Massa Pada Centrifuge(CF-101) ....................................... III-5
Tabel 3.8 Neraca Massa Steam Ejector (EJ-101) ........................................... III-6
Tabel 3.9 Neraca Massa Knock out drum (V-101) ......................................... III-6
Tabel 4.1 Neraca Panas Pada Tangki Pencampur (MT-101) .......................... IV-2
Tabel 4.2 Neraca Panas Pada Reaktor 1 (R-101) ........................................... IV-2
Tabel 4.3 Neraca Panas Pada Reaktor 2 (R-102) ........................................... IV-3
Tabel 4.4 Neraca Panas Pada Reaktor 3 (R-103) ........................................... IV-3
Tabel 4.5 Neraca Panas Pada Cooler(E-104) ................................................ IV-4
Tabel 4.6 Neraca Panas Pada Kristaliser(CR-101) ........................................ IV-4
Tabel 4.7 Neraca Panas Pada Partial Condenser(E-103) .............................. IV-5
Tabel 4.8 Neraca Panas Pada Partial Condenser(E-102) .............................. IV-5
Tabel 4.9 Neraca Panas Pada Cooler(E-101) ................................................ IV-5
Tabel 6.1 Daftar Penggunan Instrumentasi Pada Pra-Rancangan
Pabrik Pembuatan Polyethylene terepthalate(PET) ....................... VI-11
Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Pada Alat ............................................................. VII-1
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat .............................................. VII-2Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan.................................... VII-3
Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Citarum, Jawa Barat ....................................... VII-4
Tabel 7.5 Perincian Kebutuhan Listrik .......................................................... VII-11
Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah .................................................................... VIII-7
Tabel 9.1 Jadwal Tenaga Kerja Beserta Tingkat Pendidikannya .................... IX-10
Tabel 9.2 Jadwal Kerja Karyawan Shift......................................................... IX-12
Tabel 9.3 Gaji Karyawan .............................................................................. IX-12
vi
-
8/12/2019 09E00038_2
9/365
Tabel LA.1 Neraca Massa Pada Tangki Pencampur (MT-101) ...................... LA-3
Tabel LA.2 Neraca Massa Pada Reaktor 1 (R-101) ....................................... LA-5
Tabel LA.3 Neraca Massa Pada Reaktor 2 (R-102) ....................................... LA-8
Tabel LA.4 Neraca Massa Pada Reaktor 3 (R-103) ....................................... LA-10
Tabel LA.5 Neraca Massa Pada Filter Press (FP-101) .................................. LA-11
Table LA.6 Neraca Massa Pada Kristaliser(CR-101) .................................... LA-12
Tabel LA.7 Neraca Massa Pada Centrifuge(CF-101) .................................... LA-14
Tabel LA.8 Neraca Massa Steam Ejector (EJ-101) ........................................ LA-15
Tabel LA.9 Neraca Massa padaMix Point (MP-01) ...................................... LA-16
Tabel LA.10A Data konstanta masing-masing komponen ............................. LA-17
Tabel LA.10B Neraca Massa Knock out drum (V-101) ................................. LA-19
Tabel LA.11 Neraca Massa padaMix Point (MP-02) .................................... LA-20
Tabel B.1.1 Kapasitas panas cairan CplTK= a + bT + cT2+ dT3 [ kJ/kmolK ] ....... LB-1
Tabel B.1.2 Kapasitas panas gas CpgTK= a + bT + cT2+ dT3+ eT4[ kJ/kmolK ] .... LB-1
Tabel B.1.3 Kapasitas Panas bahan berupa padatan pada suhu 298 K ............ LB-1
Tabel B.1.4 Kapasitas Panas untuk cairan pada suhu 298 K .......................... LB-2
Tabel B.2.1 Estimasi Hof 298(panas pembentukan standar) .......................... LB-4
Tabel B.2.2 Panas Laten (kJ/kmol) ................................................................ LB-2Tabel LB.1.1 Neraca Panas Pada Tangki Pencampur (MT-101) .................... LB-8
Tabel LB.2.1 Panas masuk pada alur 5 .......................................................... LB-9
Tabel LB.2.2 Panas masuk pada alur 6 .......................................................... LB-9
Tabel LB.2.3 Panas masuk pada alur 7 .......................................................... LB-9
Tabel LB.2.4 Panas reaksi pada 298 oK ......................................................... LB-10
Tabel LB.2.5 Neraca Panas Reaktor 1 (R-101) .............................................. LB-11
Tabel LB.3.1 Panas masuk pada alur 8 .......................................................... LB-12
Tabel LB.3.2 Panas keluar pada alur 9 .......................................................... LB-13
Tabel LB.3.3 Panas reaksi 1 standar pada 25oC (298oK) ................................ LB-13
Tabel LB.3.4 Panas reaksi 2 standar pada 25oC (298oK) ................................ LB-14
Tabel LB.3.5 Neraca Panas Reaktor 2 (R-102) .............................................. LB-15
Tabel LB.4.1 Panas keluar pada alur 10 ........................................................ LB-16
Tabel LB.4.2 Panas keluar pada alur 11 ........................................................ LB-16
Tabel LB.4.3 Panas reaksi 1 standar pada 25oC (298oK) ................................ LB-17
-
8/12/2019 09E00038_2
10/365
Tabel LB.4.4 Panas reaksi 2 standar pada 25oC (298oK) ................................ LB-17
Tabel LB.4.5 Neraca Panas Reaktor 3 (R-103) .............................................. LB-19
Tabel LB.5.1 Panas keluar pada alur 21 ........................................................ LB-19
Tabel LB.5.2 Neraca Panas Pada Filter Press (FP-101)................................. LB-20
Tabel LB.6.1 Panas keluar pada alur 22 ........................................................ LB-21
Tabel LB.7.1 Panas keluar pada alur 23 ........................................................ LB-22
Tabel LB.7.2 Neraca Panas Pada kritaliser(CR-101) .................................... LB-23
Tabel LB.8.1 Panas masuk pada alur 12 ........................................................ LB-24
Tabel LB.8.2 Panas keluar pada alur 10 ........................................................ LB-24
Tabel LB.8.3 Neraca Panas Pada Steam Ejector (EJ-101).............................. LB-25
Tabel LB.9.1 Neraca Panas Pada Partial Condenser (E-103) ........................ LB-26
Tabel LB.10.1 Neraca Panas PadaMix point-01(MP-01).............................. LB-27
Tabel LB.11.1 Neraca Panas Pada Partial Condenser (E-102) ...................... LB-28
Tabel LB.12.1 Neraca Panas Pada Knock Out Drum (V-101) ........................ LB-30
Tabel LB.13.1 Neraca Panas Pada Cooler (E-101) ........................................ LB-31
Tabel LC.1 KomposisiEthylene glycoldalam tangki penyimpanan
(T-101) ...................................................................................... LC-1
Tabel LC.2 Komposisi Terepthalate aciddalam tangki penyimpanan(ST-101) ..................................................................................... LC-4
Tabel LC.3 KomposisiAntimon trioksidadalam tangki penyimpanan
(ST-102) ..................................................................................... LC-7
Tabel LC.4 Komposisi Polyethylene terepthalatedalam tangki penyimpanan
(ST-103) .................................................................................... LC-10
Tabel LC.5 KomposisiMother liqourdalam tangki penyimpanan
(T-102)) ..................................................................................... LC-13Tabel LC.6 Komposisi katalis dalam bak penampungan (T-103) .................. LC-16
Tabel LC.7 Komposisi bahan dalam tangki berpengaduk (MT-101) ............ LC-17
Tabel LC.8 Komposisi bahan pada alur Lb destilasi 1 (T-101) .................... LC-56
Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin LD-29
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ......................... LE-1
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift ............................................... LE-3
Tabel LE.3 Beberapa Tipe Harga Eksponensial Peralatan Dengan
-
8/12/2019 09E00038_2
11/365
Metode Marshall R. Swift .......................................................... LE-5
Table LE.4 Estimasi Harga Peralatan Proses ................................................. LE-6
Tabel LE.5 Perkiraan Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah ....... LE-7
Tabel LE.6 Biaya Sarana Transportasi .......................................................... LE-10
Tabel LE.7 Perincian Gaji Pegawai ............................................................... LE-14
Tabel LE.8 Perincian Biaya Kas.................................................................... LE-15
Tabel LE.9 Perincian Modal Kerja ................................................................ LE-16
Tabel LE.10 Perkiraan Biaya Depresiasi Sesuai ............................................ LE-18
Tabel LE.11 Data PerhitunganInternal Rate of Return(IRR)........................ LE-25
-
8/12/2019 09E00038_2
12/365
DAFTAR GAMBAR
Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback.......................... VI-4
Gambar 6.2 Sebuah Loop Pengendalian ........................................................ VI-5
Gambar 6.3 Alat-alat pengendali pada pabrik PET ........................................ VI-12
Gambar 6.4 Tingkat kerusakan di suatu pabrik .............................................. VI-13
Gambar 8.1 Tata letak pabrik Polyethylene terepthalate................................ VIII-9
Gambar LD.1 Spesifikasi screening.............................................................. LD-2
Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan temperatur cairan pada cooling tower
(CT) ........................................................................................ LD-28
Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1 (Hy*-Hy) ............................................... LD-29
Gambar LE.1 Harga peralatan untuk tangki penyimpangan (storage)
dan tangki pelarutan ................................................................. LE-1
Gambar LE.2 Grafik BEP pabrik pembuatanpolyethylene terepthalate......... LE-23
x
-
8/12/2019 09E00038_2
13/365
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar BelakangSebagai negara berkembang, Indonesia melaksanakan pembangunan dan
pengembangan di berbagai sektor, salah satunya adalah sektor industri. Dengan
kemajuan dalam sektor industri diharapkan akan meningkatkan kesejahteraan rakyat.
Dalam pembangunanya, sektor industri ini dikembangkan dalam beberapa tahap dan
secara terpadu melalui peningkatan hubungan antara sektor industri dengan sektor
lainnya.
Industri kimia merupakan salah satu contoh sektor industri yang sedang
dikembangkan di Indonesia, dan diharapkan dapat memberikan kontribusi yang besar
bagi pendapatan negara. Dalam mengembangkan dan meningkatkan industri ini
diperlukan ilmu pengetahuan dan teknologi. Untuk itu Indonesia harus mampu
memanfaatkan potensi yang ada, karena industri kimia membutuhkan perangkat-
perangkat yang memang dibutuhkan dan juga membutuhkan sumber daya alam
seefisien mungkin. Disamping itu perlu juga penguasaan teknologi baik yang
sederhana maupun yang canggih, sehingga bangsa Indonesia dapat meningkatkan
eksistensinya dan kredibilitasnya sejajar dengan bangsa-bangsa lain yang telah maju.
Dengan kebutuhan industri-industri kimia saat ini, maka kebutuhan akan
bahan baku industri kimia tersebut pun semakin meningkat. Bahan baku industri
ada yang berasal dari dalam negeri dan ada juga yang masih di impor. Salah satu
bahan baku yang masih di impor adalah Polyethylene Terepthalate (PET).
Polyethylene Terepthalate (PET) ini sering dikenal dengan nama polyester
memiliki rumus struktur sebagai berikut :
O O
HOCH2CH2[O-C- -C-O-CH2-CH2]100OH
-
8/12/2019 09E00038_2
14/365
PET dengan berat molekul yang besar banyak digunakan untuk membuat
serat sintetis, resin, pembungkus makanan dan minuman, dan lain-lain.
(http://www.wikipedia.org/wiki/Polyetylene terepthalate
Berdasarkan data impor statistik tahun 2002-2004, kebutuhan polyethylene
terepthalate(PET) di Indonesia adalah sebagai berikut :
). Penyimpanan PET dalam
wujud cair membutuhkan temperatur yang tinggi sehingga peralatan yang digunakan
akan lebih mahal. Selain itu PET dalam wujud cair akan menyulitkan pengiriman.
Oleh karena itu lebih efektif bila PET cair diubah menjadi padatan dengan proses
kristalisasi.
Tabel 1.1. Data Statistik Impor Polyethylene terepthalate(PET)
TAHUNKEBUTUHAN POLYETHYLENE TEREPTHALATE
(KG/TAHUN)
2002 23.634.708
2003 24.834.183
2004 74.437.170
Sumber : Badan Pusat Statistik, 2002 2004
Dengan menggunakan metode ekstrapolasi, dapat diprediksi kebutuhanpolyethylene
terepthalate(PET) di Indonesia pada tahun 2008 yaitu sebesar :
2003 24.834.183 (X1)
2004 74.437.170 (X)
2008 X2
tahun/kg118.849.272X
935.014.248183.834.24X
5
1
183.834.24X
183.834.24170.437.74
20032008
20032004
XX
XX
2
2
2
12
1
=
=
=
=
Dari perhitungan diatas dapat dilihat bahwa kebutuhan polyethylene terepthalate
(PET) di Indonesia pada tahun 2008 adalah sebesar 272.849.118 kg/tahun. Maka
untuk memenuhi kebutuhan 64 % dari kebutuhan total, dalam pra rancangan pabrik
pembuatan polyethylene terepthalate (PET) ini diambil kapasitas produksi sebesar
175.000.000 kg/tahun.
http://www.wikipedia.org/wiki/Polyetylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/Polyetylene -
8/12/2019 09E00038_2
15/365
1.2.Rumusan MasalahKebutuhan polyethylene terepthalate di Indonesia sangatlah besar dan
pemenuhan terhadap kebutuhanpolyethylene terepthalate tersebut dilakukan dengan
cara mengimpor. Untuk memenuhi kebutuhanpolyethylene terepthalatedalam negeri
dilakukan pra rancangan pabrik kimiapolyethylene terepthalatedi Indonesia dengan
menggunakan proses esterifikasi langsung
1.3.Tujuan Pra Rancangan PabrikPra rancangan pabrik pembuatan polyethylene terepthalate ini bertujuan
untuk menerapkan disiplin ilmu Teknik Kimia, khususnya pada mata kuliah
Perancangan Pabrik Kimia, Perancangan Proses Teknik Kimia, Teknik Reaktor dan
Operasi Teknik Kimia sehingga akan memberikan gambaran kelayakan pra
rancangan pabrik pembuatanpolyethylene terepthalate.
Tujuan lain dari pra rancangan pabrik pembuatan polyethylene terepthalate
ini adalah untuk memenuhi kebutuhan polyethylene terepthalate dalam negeri yang
selama ini masih diimpor dari negara lain dan selanjutnya dikembangkan untuk
tujuan ekspor. Selain itu, diharapkan dengan berdirinya pabrik ini akan memberi
lapangan pekerjaan dan memicu peningkatan produktivitas rakyat yang padaakhirnya akan meningkatkan kesejahteraan rakyat.
-
8/12/2019 09E00038_2
16/365
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Polyethylene terepthalate
Perkembangan ilmu dan teknologi mengenai polyester (polyethylene
terepthalate) dimulai dengan penelitian yang dilakukan oleh Krencledan Carothers
pada akhir tahun 1930. Adapun penelitian Krencle mengenai hal tersebut di atas
berdasarkan pada teknik alkil resin yaitu reaksi antara glyceroldengan phtalic acid
anhydrid. Sedangkan penelitian lain, yaitu Carothersmempelajari persiapan dan hal-
hal lain yang berkenaan dengan keliniearan polyester (polyethylene terepthalate).
Dari percobaannya telah ditemukan beberapa sifat pembentukan fiber. Hasil
percobaan ini merupakan kemajuan tentang struktur bebas dari polimer. Penemuan
ini mendasari pola pikir lebih lanjut, yaitu dengan adanya penemuan polyamide,
nylon66 pada tahun 1935, sehingga menuju ke arah pendirian industri tekstil sintetis
yang modern. Penemuan Carothers masih memiliki kekurangan yaitu fiber yang
dihasilkan memiliki titik leleh yang sangat rendah. (Kirk Othmer, 1981)
Pada tahun 1942, Rex Whinfield dan W Dickson yang bekerja pada
perusahaan Calico Printers Associationdi Inggris menemukan sintetis polimer linier
yang dapat diproduksi melalui Ester Exchange antara Ethylene Glycol (EG) dan
Dimethyl terepthalate (DMT) yang menghasilkan polyethylene terepthalate.
(http://www.wikipedia.org/wiki/polyethylene terepthalate
Pada perkembangan selanjutnya produksi polyester (polyethylene
terepthalate) untuk serat-serat sintetis menggunakan bahan baku Terepthalate Acid
(TPA) dan Ethylene Glycol (EG). Produksi serat polyester (polyethylene
terepthalate) secara komersial dimulai pada tahun 1944 di Inggris dengan nama
dagang Terylene dan pada tahun 1953 di Amerika Serikat (Dupont) dengan nama
dagang Dacron. (Kirk Othmer, 1981)
, 2007)
http://www.wikipedia.org/wiki/polyethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/polyethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/polyethylene -
8/12/2019 09E00038_2
17/365
2.2 Sifat-sifat Reaktan dan Produk
Pada prarancangan pabrik pembuatan polyethylene terepthalate bahan-bahan
yang digunakan adalah terepthalate aciddan ethylene glycolsedangkan produk yang
dihasilkan adalahpolyethylene terepthalate. Sifat-sifat fisika dan kimia bahan-bahan
tersebut diuraikan sebagai berikut :
2.2.1 Terepthalate Acid (TPA)
Sifat-sifat Fisika :
o Struktur kimia :
o Rumus molekul : C6H4(COOH)2
o Berat molekul : 166,13 g/mol
o Wujud : Bubuk atau kristal berwarna putih
o Densitas : 1,522 g/cm3
o Titik lebur : 427 oC
o Titik didih : 402 oC
o Kelarutan dalam air : 1,7 g/ 100 mL (25 oC)
o Panas spesifik : 1202 J/(kg.K)o Larut dalam dimethyl sulfoxide dan alkali serta sedikit larut dalam etanol,
metanol, asam asetat, dan asam sulfat.
(http://www.wikipedia.org/wiki/terepthalate acid; Kirk Othmer, 1981
)
Sifat-sifat Kimia :
o Bereaksi dengan ethylene glicol menghasilkanpolyethylene terepthalate
o
Bereaksi dengan metanol menghasilkan dimethyl terepthalate.o Dihasilkan dengan mengoksidasikan p-dimetil benzena
o Dihasilkan dengan mengoksidasikan p-xylene dengan menggunakan katalis
cobalt.
http://www.wikipedia.org/wiki/Terepthalatehttp://www.wikipedia.org/wiki/Terepthalatehttp://www.wikipedia.org/wiki/Terepthalate -
8/12/2019 09E00038_2
18/365
o Dihasilkan dengan mereaksikan dipotassium terepthalate dengan asam sulfat
(Kirk Othmer, 1981)
2.2.2 Ethylene glycol
Sifat-sifat Fisika :
o Struktur kimia :
o Rumus molekul : C2H4(OH)2
o Berat molekul : 62,068 g/mol
o Densitas : 1,1132 g/cm3
o Titik lebur : -12,9 oC
o Titik didih : 197,3 oC
o Titik nyala : 111 oC (closed cup)
o TemperaturAutoignition : 410 oC
o Viskositas : 20,9 mPa.s (20 oC)
o Index refractive : 1,4318 20D
o Panas penguapan : 52,24 kJ/mol (pada 101.3 kPa)
o Larut dalam air
(http://www.wikipedia.org/wiki/ethylene glycol; Kirk Othmer, 1981
)
Sifat-sifat Kimia :
o Berreaksi dengan ethylene glicol dengan menggunakan katalis antimon
trioksidamenghasilkanpolyethylene terepthalate.
o Bereaksi dengan Carbonat menghasilkan ethylene carbonat dan metanol.
o Dihidrasi dengan menggunakan katalis asam menghasilkan 1,4-dioxane.
o Bereaksi denganMethylamine menghasilkanN-methylmorpholine.
o Bereaksi dengan keton dan aldehid menghasilkan 1,3-dioxolanes (cyclic
ketalsdan acetals) dan air.
o Dihasilkan dari reaksi hidrolisis etylene oxide.
(Kirk Othmer, 1981)
http://www.wikipedia.org/wiki/ethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/ethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/ethylene -
8/12/2019 09E00038_2
19/365
2.2.3 Antimony Trioxide
Sifat-sifat fisika
o Rumus molekul : Sb2O3
o Berat molekul : 291,52 g/mol
o Wujud : Padatan kristal berwarna putih
o Densitas : 5,2 g/cm3
o Titik lebur : 656 oC
o Titik didih : 1425 oC
o Kelarutan dalam air : 1,4 mg/100 ml (30 oC)
(
http://www.wikipedia.org/wiki/antimony trioxide)
Sifat-sifat kimia :
o Digunakan sebagai katalis pada reaksi pembentukan polyethylene
terepthalate dari terepthalate aciddan ethylene glycol.
o Dihasilkan dari reaksi oksidasi antimon
4Sb + 3O2 2Sb2O3
o Bereaksi dengan asam klorida menghasilkan antimony trihloridedan air
Sb2O3 + 6HCl 2SbCl3+ 3H2Oo Bereaksi dengan asam bromida menghasilkan antimony tribromidedan air
Sb2O3 + 6HCl 2SbCl3+ 3H2O
o Bereaksi dengan asam klorida menghasilkan antimony oxychloridedan air
Sb2O3 + 2HCl 2SbOCl + H2O
(Kirk Othmer, 1981)
2.2.4 Polyethylene terepthalateSifat-sifat Fisika :
o Struktur kimia :
o Rumus molekul : C10H8O4
o Densitas : 1370 kg/m3
o Modulus young : 2800-3100 MPa
o Tensile strength : 55-75 MPa
http://www.wikipedia.org/wiki/antimonyhttp://www.wikipedia.org/wiki/antimonyhttp://www.wikipedia.org/wiki/antimonyhttp://www.wikipedia.org/wiki/antimony -
8/12/2019 09E00038_2
20/365
o Temperatur glass : 75 oC
o Titik lebur : 260 oC
o Konduktivitas thermal : 0,24 W/(m.K)
o Panas specific : 1,0 kJ/(kg.K)
o Penyerapan air (ASTM) : 0,16
o Viskositas intrinsik : 0,629 dl/g
(
http://www.wikipedia.org/wiki/polyethylene terepthalate)
Sifat-sifat kimia :
o Dihasilkan dari reaksi antara terepthalate acid dan ethylene glycol dengan
menggunakan katalis Sb2O3
o Dihasilkan dari reaksi antara dimetyil terepthalatedan ethylene glycol.
(Kirk Othmer, 1981)
2.3 Deskripsi proses
Polyethylene Terepthalate (PET) dapat diperoleh dengan 2 cara, yaitu melalui
reaksi ester exchange antara dimethylterepthalate (DMT) dengan ethylene glycol
(EG) dan melalui reaksi esterifikasi langsung antara terepthalate acid (TPA) danethylene glycol (EG). Dari kedua reaksi yang telah disebutkan diatas, maka dipilih
proses/reaksi esterifikasi langsung untuk pembuatan Polyethylene Terepthalate
(PET) dengan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :
ParameterProses
Ester Exchange Esterifikasi Langsung
Bahan baku DMT dan EG TPA dan EG
Konversi 90-95 % 95-99 %Waktu reaksi 4-6 jam 4-8 jam
2.3.1 Tahap Persiapan Bahan Baku
Terepthalate acid (TPA) yang berbentuk bubuk diangkut dari tangki
penyimpanan terepthalate acid(ST-101) dengan menggunakan bucket elevator (BE-
101) untuk dimasukkan ke dalam tangki pencampur (MT-101). Bersamaan dengan
itu dimasukkan juga ethylene glycol (EG) dari tangki penyimpanan ethylene glycol
http://www.wikipedia.org/wiki/polyethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/polyethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/polyethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/polyethylene -
8/12/2019 09E00038_2
21/365
250 0C, 1 atm, 100 menit
(T-101) yang dialirkan dengan menggunakan pompa (J-101) dan juga ethylene glycol
(EG) yang di recycle dari proses. Rasio molar antara terepthalate acid dengan
ethylene glycol yang akan masuk ke dalam mixer adalah 1:2. Proses pencampuran
dilakukan dengan menggunakan pengaduk dan berlangsung selama 30 menit pada
temperatur 80 0C serta tekanan 1 atm. Campuran yang dihasilkan berupa slurry.
2.3.2 Tahap reaksi
2.3.2.1 Reaksi pembentukanBishydroxyethyl Terepthalate(BHET)
Slurry (TPA + EG) yang dihasilkan dari tangki pencampuran dialirkan ke
reaktor esterifikasi (R-101) dengan menggunakan pompa (J-102). Selanjutnya katalis
antimony trioxide (Sb2O3) yang berasal dari tangki penyimpanan antimony trioxide
(ST-102) dicampurkan ke dalam reaktor esterifikasi dengan jumlah 3,19 x 10 -4kmol
katalis/kmol TPA (US Patent 20080033084). Dalam reaktor esterifikasi yang
dilengkapi dengan pengaduk ini berlangsung proses esterifikasi langsung yaitu
terbentuknya gugus isomer dari reaksi antara TPA dan EG dengan konversi
terepthalate acid sebesar 90 %. Hasil yang diperoleh dari reaksi tersebut adalah
bishydroxyethyl terepthalate (BHET), air (H2O) dan terepthalate acid (TPA) yang
tidak bereaksi.
Pada reaktor ini, reaksi berjalan secara endotermis. Kondisi operasi reaktoresterifikasi ini pada temperatur 250 0C dan tekanan 1 atm selama 100 menit.
Reaksi yang terjadi pada reaktor esterifikasi adalah :
HOOC COOH + 2HOCH2CH2OH
TPA EG
O O
HOCH2CH2O-C- -C-O-CH2CH2OH + 2H2O
Bishydroxyethyl Terepthalate (BHET) Air
Uap air dan ethylene glycol yang keluar dari reaktor esterifikasi mempunyai
temperatur 250 0C dialirkan menuju partial condenser (E-102) untuk
mengkondensasikan uap yang terbentuk. Selanjutnya uap dan cairan yang dihasilkan
dari partial condenser dengan temperatur 160 0C dialirkan ke knock out drum
(V-101) untuk dipisahkan. Cairan yang telah dipisahkan kemudian dialirkan menuju
cooler(E-101) untuk menurunkan temperaturnya menjadi 80 0C yang kemudian akan
-
8/12/2019 09E00038_2
22/365
270 0C, 1 atm
dialirkan menuju ke tangki pencampuran (MT-101). Sedangkan BHET
(bishydroxyethyl terepthalate)yang terbentuk, terepthalate acidyang tidak bereaksi
dan katalis dialirkan dari bagian bawah reaktor esterifikasi ke reaktor prepolimerisasi
(R-102) dengan menggunakan pompa (J-103).
2.3.2.2 Proses Prepolimerisasi
Proses prepolimerisasi berlangsung dalam reaktor prepolimerisasi yang
dilengkapi dengan pengaduk pada suhu 270 0C dan tekanan 1 atm dengan konversi
bishydroxyethyl terepthalate (BHET) sebesar 95 % . Proses ini menghasilkan
monomer dengan derajat polimerisasi 20 (prepolimer), ethylene glycol, dan
bishydroxyethyl terepthalateyang tidak bereaksi.
Reaksi yang terjadi dalam reaktor prepolimerisasi adalah :
O O
20 HOCH2CH2O-C- -C-O-CH2-CH2OH
Bishydroxyethyl Terepthalate
O O
19 HOCH2CH2OH + HOCH2CH2[O-C- -C-O-CH2CH2]20OH
Ethylene Glycol Prepolimer
Sebagian uap ethylene glycoldan air yang tidak bereaksi akan menguap dan
dialirkan ke knock out drum (V-101). Selanjutnya monomer dari reaktor
prepolimerisasi yang terbentuk dialirkan ke reaktor polikondensasi (R-103) dengan
menggunakan pompa (J-104).
2.3.2.3 Proses Polikondensasi
Pada proses polikondensasi akan terbentuk ikatan monomer-monomer
menjadi polimer yang panjang dengan derajat polimerisasi yang semakin bertambah
besar. Dalam proses ini derajat polimerisasi yang diharapkan 100. Proses
polikondensasiberlangsung pada temperatur 290 0Cdan tekanan 0,00197 atm (200
Pa) dengan konversi prepolimer sebesar 99 % dalam reaktor polikondensasi (R-103).
Untuk memvakumkan tekanan dari 1 atm menjadi 0,00197 atm digunakan steam
ejector (EJ-101). Reaksi yang terjadi adalah :
-
8/12/2019 09E00038_2
23/365
290 0C; 0,00197 atmO O
5HOCH2CH2[O-C- -C-O-CH2-CH2]20OH
Prepolimer
O O
4 HOCH2CH2OH + HOCH2CH2[O-C- -C-O-CH2CH2]100OH
EG PETPada proses ini uap ethylene glycol yang tidak bereaksi akan di hisap oleh
aliran steam yang sangat kencang yang dihasilkan oleh steam ejector (EJ-101).
Selanjutnya steam dan ethylene glycol dikondensasikan dengan menggunakan
condenser (E-103).Ethylene glycol yang dipisahkan kemudian direcycle ke tangki
pencampuran (MT-101) yang terlebih dahulu didinginkan pada cooler(E-101).
2.3.3 Tahap Pemisahan Produk
Cairan kental polyethylene terepthalate (PET) yang dihasilkan dari reaktor
polikondensasi (R-103) dialirkan ke filter press (FP-101) untuk dipisahkan dari
katalis Sb2O3. Selanjutnya cairan kental polyethylene terepthalate (PET) tersebut
dipompakan (J-108) dan selanjutnya diturunkan temperaturnya dari 290 0C menjadi
600
C dengan menggunakan cooler (E-104). Setelah didinginkan, Cairan kentalpolyethylene terepthalate tersebut dimasukkan ke kristaliser (CR-101) untuk
mengkristalkan produk PET. Setelah keluar dari kristaliser, PET kristal dan mother
liquor dialirkan menuju centrifuge (CF-101) dengan menggunakan pompa (J-109)
untuk dipisahkan antara PET kristal dengan mother liquornya. Mother liquor yang
telah dipisahkan dari kristal PET kristal dialirkan ke mother liquor tank (T-102),
sedangkan PET kristalnya dialirkan menuju Pelletizer (P-101) untuk dibentuk
menjadi pelet dengan ukuran 3 mm. Kemudian pellet PET diangkut menuju ke tangkipenyimpanan (ST-103) dengan menggunakan belt conveyor (BC-101). Kadar
prepolimer dan PET non kristal yang boleh tercampur dalam produk PET kristal
adalah sebesar 1 % (www.tradeindia.com,2007).
http://www.tradeindia.com/http://www.tradeindia.com/ -
8/12/2019 09E00038_2
24/365
BAB III
NERACA MASSA
Neraca massa pada proses pembuatan Polyethylene Terepthalate (PET) dengan
kapasitas produksi sebesar 175.000 ton/tahun diuraikan dengan ketentuan sebagai
berikut:
Bahan baku : Terepthalate Acid(TPA) danEthylene Glycol(EG)
Katalis :Antimony Trioxide (Sb2O3)
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Waktu bekerja / tahun : 330 hari
Satuan operasi : kg/jam
Perubahan massa pada proses pembuatan polyethylene terepthalate ini terjadi pada
alat-alat : - Tangki pencampur (MT-101)
- Reaktor 1 (R-101)
- Reaktor 2 (R-102)
- Reaktor 3 (R-103)
- Filterpress(FP-101)
- Kristaliser (CR-101)
- Centrifuge (CF-101)
- Steam ejector (EJ-101)
- Knock out drum (V-101)
Perhitungan neraca massa disajikan pada lampiran A
1. Tangki pencampur (MT-101)Pada tangki pencampur (MT-101) terjadi proses pencampuran bahan baku TPA
99,9 % (alur 1) dengan EG 99,8 % (alur 3). Hasil pencampurannya (alur 4) akan
diumpankan ke reaktor 1 (R-101). Hasil perhitungan neraca massa di tangki
pencampur (MT-101) dapat dilihat pada Tabel 3.1.
-
8/12/2019 09E00038_2
25/365
Tabel 3.1. Neraca massa pada Tangki pencampur (MT-101)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 1 Alur 3 Alur 4
TPA 19.644,8538 - 19.644,8538
EG - 14.689,0758 14.689,0758
H2O 19,6645 29,4371 49,1016
Jumlah19.664,5183 14.718,5129
34.383,031234.383,0312
2. Reaktor 1 (R-101)Pada reaktor 1 (R-101) terjadi proses pembentukkan BHET (Bishydroxylethyl
Terepthalate) dan air dari reaksi antara TPA dan EG yang merupakan hasil
pencampuran dari tangki pencampur (alur 4) dengan bantuan katalis Sb2O3. Hasil
reaksi yaitu EG dan H2O (alur 7) akan diumpankan ke partial condeser (E-102),
sedangkan BHET, Sb2O3 dan TPA sisa (alur 6) akan diumpankan ke reaktor 2 (R-
102). Hasil perhitungan neraca massa di reaktor 1 (R-101) dapat dilihat pada Tabel
3.2 dibawah ini.
Tabel 3.2 Neraca massa pada Reaktor 1 (R-101)
Kompone
n
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 4 Alur 5 Alur 6 Alur 7
TPA 19.644,8538 - 1.962,5163 -
EG 14.689,0758 - - 1.465,9760
H2O 49,1016 0,0552 - 3.879,4896
Sb2O3 - 10,9933 10,9933 -
BHET - - 27.075,1045 -
Jumlah34.383,0312 11,0485 29.048,6141 5.345,4656
34.394,0797 34.394,0797
-
8/12/2019 09E00038_2
26/365
3. Reaktor 2 (R-102)Pada reaktor 2 (R-102) terjadi proses pembentukan prepolimer dan EG yang
dihasilkan dari penguraian BHET. Kemudian terjadi juga reaksi lain antara TPA dan
EG yang menghasilkan BHET dan H2O, dimana pada reaksi ini TPA akan habis
bereaksi. Hasil reaksi yaitu EG dan H2O (alur 9) akan diumpankan ke partial
condenser (E-102) sedangkan BHET, Sb2O3 dan prepolimer (alur 8) akan
diumpankan ke reaktor 3 (R-103). Hasil perhitungan neraca massa di reaktor 2
(R-102) dapat dilihat pada Tabel 3.3 dibawah ini.
Tabel 3.3 Neraca massa pada Reaktor 2 (R-102)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 6 Alur 8 Alur 9
TPA 1.962,5163 - -
BHET 27.075,1045 4.403,2264 -
Sb2O3 10.9933 10.9933 -
Prepolimer - 19.721,0494 -
EG - - 4.487,7390
H2O - - 425,6060
Jumlah29.048,6141 24.135,2691 4.913,3450
29.048,6141 29.048,6141
4. Reaktor 3 (R-103)Pada reaktor 3 (R-103) terjadi proses pembentukan Polyethylene Terepthalate
(PET) dan EG yang dihasilkan dari reaksi penguraian prepolimer. Kemudian terjadi
juga reaksi lain yaitu reaksi penguraian BHET yang menghasilkan EG dan
prepolimer, dimana pada reaksi ini BHET akan habis bereaksi dan prepolimer yang
dihasilkan akan diakumulasi dengan prepolimer umpan (alur 8). Hasil reaksi berupa
EG diumpankan ke partial condenser (E-103) sedangkan PET, Sb2O3, dan
prepolimer akan diumpankan ke filter press (FP-101). Hasil perhitungan neraca
massa di reaktor 3 (R-103) dapat dilihat pada Tabel 3.4 dibawah ini.
-
8/12/2019 09E00038_2
27/365
Tabel 3.4 Neraca massa pada Reaktor 3 (R-103)
Komponen
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 8 Alur 10 Alur 11
BHET 4.403,2264 - -
Sb2O3 10,9933 - 10,9933
Prepolimer 19.721,0494 - 231,1447
EG - 1.299,9819 -
PET - - 22.593,1492
Jumlah
24.135,2691 1.299,9819 22.835,2872
24.135,2691 24.135,2691
5. Filter press(FP-101)Pada Filter press (FP-101) terjadi proses pemisahan secara fisika. Tujuan dari
penggunaanfilter pressini adalah untuk memisahkan katalis Sb2O3dari produk yang
dihasilkan. Filtrat yang dihasilkan (alur 21) akan diteruskan menuju cooler(E-104)
untuk didinginkan terlebih dahulu sebelum diumpankan ke kristaliser (CR-101).
Hasil perhitungan neraca massa di Filter press(FP-101) dapat dilihat pada Tabel 3.5
dibawah ini.
Tabel 3.5 Neraca massa pada Filter Press (FP-101)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 11 Alur 20 Alur 21
Sb2O3 10,9933 10,9933 -
Prepolimer 231,1447 4,6207 226,5240
PET 22.593,1492 451,6455 22.141,5037
Jumlah22.835,2872 467,2595 22.368,0277
22.835,2872 22.835,2872
-
8/12/2019 09E00038_2
28/365
6. Kristaliser (CR-101)Pada kristaliser (CR-101) akan terjadi proses pembentukan cairan kristal PET
dari alur 22 yang masih berupa cairan kental. Pada kritaliser ini, tidak semua PET
dari alur 22 diubah menjadi cairan kristal. Hasil dari kristaliser (alur 23) akan
diumpankan ke Centrifuge (CF-101). Hasil perhitungan neraca massa di kristaliser
(CR-101) dapat dilihat pada Tabel 3.6 dibawah ini.
Tabel 3.6 Neraca massa pada Kristaliser (CR-101)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 22 Alur 23
PET kristal - 22.093,6905
PET non kristal 22.141,5037 47,8132
Prepolimer 226,5240 226,5240
Jumlah 22.368,0277 22.368,0277
7. Centrifuge (CF-101)Pada Centrifuge (CF-101) cairan kristal (alur 23) dari kristaliser (CR-101)
diubah menjadi kristal (alur 25). Namun tidak semua cairan kristal (alur 23) diubah
menjadi kristal karena ada sebagian bahan yang tidak mengkristal. Bahan yang tidak
mengkristal tersebut dikenal dengan namaMother liqour(alur 24). Hasil perhitungan
neraca massa di centrifuge (CF-101) dapat dilihat pada Tabel 3.7 dibawah ini.
Tabel 3.7 Neraca massa pada Centrifuge (CF-101)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 23 Alur 24 Alur 25
PET kristal 22.093,6905 - 22.093,6905
PET non kristal 47,8132 47,3351 0,4781
Prepolimer 226,5240 224,7330 1,7910
Jumlah22.368,0277 272,0681 22.095,9596
22.368,0277 22.368,0277
-
8/12/2019 09E00038_2
29/365
8. Steam Ejector (EJ-101)Pada steam ejector (EJ-101) terjadi proses untuk memvakumkan reaktor 3
(R-103). Akibat proses tersebut maka EG yang dihasilkan di reaktor 3 (R-103)
tersebut akan terhisap oleh aliran uap yang mengalir kencang yang dihasilkan oleh
steam ejector (EJ-101). Hasil perhitungan neraca massa di steam ejector
(EJ-101) dapat dilihat pada Tabel 3.8 dibawah ini.
Tabel 3.8 Neraca massa Steam Ejector (EJ-101)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 14 Alur 16 Alur 17 Alur 18
EG 1.485,6936 6.804,2458 - 8.289,9394
H2O 15.102,9979 4.920,1092 20.006,4940 16,6131
Jumlah16.588,6915 11.724,3550 20.006,4940 8.306,5525
28.313,0465 28.313,0465
9. Knock out drum (V-101)Pada knock out drum (V-101) terjadi proses pemisahan antara fasa liquid dan uap.
Campuran uap dan liquid yang dihasilkan dari partial condenser(alur 14 dan alur
16) kemudian diumpankan ke knock out drum (V-101) yang akan memisahkan antara
fasa liquid dan uap. Hasil perhitungan neraca massa di knock out drum (V-101) dapat
dilihat pada Tabel 3.9 dibawah ini.
Tabel 3.9 Neraca massaKnock out drum(V-101)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 14 Alur 16 Alur 17 Alur 18
EG 1.299,9819 5.953,7150 - 7.253,6969
H2O 15.102,9979 4.305,0956 19.393,5570 14,5365
Jumlah16.402,9798 10.258,8106 19.393,5570 7.268,2334
26.661,7904 26.661,7904
-
8/12/2019 09E00038_2
30/365
BAB IV
NERACA PANAS
Neraca panas pada proses pembuatan Polyethylene Terepthalate (PET) dengan
kapasitas produksi sebesar 175.000 ton/tahun diuraikan dengan ketentuan sebagai
berikut:
Bahan baku : Terepthalate Acid(TPA) danEthylene Glycol(EG)
Katalis :Antimony Trioxide (Sb2O3)
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Waktu bekerja / tahun : 330 hari
Satuan operasi : kJ/jam
Temperatur basis : 25C = 298 oK
Perubahan panas pada proses pembuatan polyethylene terepthalate ini terjadi pada
alat-alat : - Tangki pencampur (MT-101)
- Reaktor 1 (R-101)
- Reaktor 2 (R-102)
- Reaktor 3 (R-103)
- Cooler(E-104)
- Kristaliser (CR-101)
- Partial condenser (E-103)
- Partial condenser (E-102)
- Cooler (E-101)
Perhitungan neraca panas disajikan pada lampiran B
10.Tangki pencampur (MT-101)Bahan baku yang masuk pada tangki pencampur seperti EG dan TPA mempunyai
panas masing-masing. Bahan baku tersebut masuk ke tangki pencampur pada
temperatur 30 oC dan keluar pada temperatur 80 oC. Setelah dilakukan perhitungan,
ternyata tangki pencampur tersebut membutuhkan panas (endoterm). Untuk
memberikan panas yang dibutuhkan oleh tangki pencampur tersebut, digunakan
saturated steamdengan temperatur 310 oC. Hasil perhitungan neraca panas di tangki
pencampur (MT-101) dapat dilihat pada Tabel 4.1 dibawah ini.
-
8/12/2019 09E00038_2
31/365
Tabel 4.1. Neraca panas pada Tangki pencampur (MT-101)
Panas masuk
(kJ/jam)
Panas keluar
(kJ/jam)
Q1 110.562,4994 -
Q3 214.734,5706 -
Q4 - 3.622.743,2745
Qsteam 3.297.446,2044 -
Jumlah 3.622.743,2745 3.622.743,2745
11.Reaktor 1 (R-101)Hasil pencampuran dari tangki pencampur (MT-101) diumpankan ke reaktor 1
(R-101) dengan temperatur 80 oC. Pada reaktor 1 (R-101) terjadi reaksi pembentukan
BHET, dimana reaksi tersebut menghasilkan panas. Produk keluar dari reaktor 1 (R-
101) pada temperatur 250 oC. Setelah dilakukan perhitungan ternyata reaktor 1
tersebut membutuhkan panas (endoterm). Untuk memberikan panas yang dibutuhkan
oleh reaktor 1 tersebut, digunakan saturated steam dengan temperatur 310 oC. Hasil
perhitungan neraca panas di reaktor 1 (R-101) dapat dilihat pada Tabel 4.2 dibawah
ini.
Tabel 4.2 Neraca panas pada Reaktor-1 (R-101)Panas masuk
(kJ/jam)
Panas keluar
(kJ/jam)
Q4 3.622.743,2745 -
Q5 18,7750 -
Q6 - 12.241.265,3762
Q7 - 13.219.078,8277
Qr - -2.377.051,4220
Qsteam 19.460.530,7324 -
Jumlah 23.083.292,7819 23.083.292,7819
12.Reaktor 2 (R-102)Produk BHET, Sb2O3, TPA yang keluar dari reaktor 1 (R-101) dengan
temperatur 250 oC, diumpankan ke reaktor 2 (R-102). Pada reaktor 2 terjadi proses
pembentukan prepolimer, dimana reaksi tersebut menyerap panas. Produk keluar dari
reaktpr 2 (R-102) dengan temperatur 270 oC. Setelah dilakukan perhitungan ternyata
reaktor 2 tersebut membutuhkan panas (endoterm). Untuk memberikan panas yang
-
8/12/2019 09E00038_2
32/365
dibutuhkan oleh reaktor 1 tersebut, digunakan saturated steam dengan temperatur
310 oC. Hasil perhitungan neraca panas di reaktor 2 (R-102) dapat dilihat pada Tabel
4.3 dibawah ini.
Tabel 4.3 Neraca panas pada Reaktor-2 (R-102)
Panas masuk
(kJ/jam)
Panas keluar
(kJ/jam)
Q6 12.241.265,3762 -
Q8 - 5.524.530,6255
Q9 - 7.875.221,0345
Qr - 3.195.706,3758
Qsteam 4.354.192,6597 -
Jumlah 16.595.458,0358 16.595.458,0358
13.Reaktor 3 (R-103)Produk BHET, Sb2O3dan Prepolimer yang keluar dari reaktor 2 (R-102) dengan
temperatur 270 oC, diumpankan ke reaktor 3 (R-103). Pada reaktor 3 terjadi proses
pembentukan PET, dimana reaksi tersebut menyerap panas. Produk keluar dari
reaktpr 3 (R-102) dengan temperatur 290 oC. Setelah dilakukan perhitungan ternyata
reaktor 2 tersebut membutuhkan panas (endoterm). Untuk memberikan panas yang
dibutuhkan oleh reaktor 1 tersebut, digunakan saturated steam dengan temperatur
310 oC. Hasil perhitungan neraca panas di reaktor 3 (R-103) dapat dilihat pada Tabel
4.4 dibawah ini.
Tabel 4.4 Neraca panas pada Reaktor-3 (R-103)
Panas masuk
(kJ/jam)
Panas keluar
(kJ/jam)
Q8 5.524.530,6255 -
Q10 - 1.993.938,0307
Q11 - 5.681.011,4583Qr - 691.917,0207
Qsteam 2.842.335,8842 -
Jumlah 8.366.866,5097 8.366.866,5097
14.Cooler (E-104)Pada cooler (E-104) hanya terjadi proses pendinginan cairan kental PET dan
Prepolimer dari hasil filter press (FP-101). Cairan kental tersebut masuk ke cooler
-
8/12/2019 09E00038_2
33/365
(E-104) pada temperatur 290 oC dan keluar dari cooler (E-104) pada temperatur 60
oC. Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk ke cooler (E-104) pada
temperatur 10 oC dan keluar pada temperatur 40 oC. Hasil perhitungan neraca panas
di cooler (E-104) dapat dilihat pada Tabel 4.5 dibawah ini.
Tabel 4.5 Neraca panas pada Cooler(E-104)
Panas masuk
(kJ/jam)
Panas keluar
(kJ/jam)
Q21 3.902.554,7728 -
Q22 - 515.431,7624
Qserap -3.387.123,0103 -
Jumlah 515.431,7624 515.431,7624
15.Kristaliser (CR-101)Cairan kental PET dan Prepolimer yang keluar dari cooler (E-104) dengan
temperatur 60 oC masuk ke kristaliser (CR-101) untuk diubah menjadi cairan kristal.
Cairan tersebut keluar dari kristaliser (CR-101) dengan temperatur 30 oC. Media
pendingin yang digunakan pada kristaliser (CR-101) adalah air yang masuk ke
kristaliser (CR-101) pada temperatur 10 oC dan keluar pada temperatur 40 oC. Hasil
perhitungan neraca panas di kristaliser (CR-101) dapat dilihat pada Tabel 4.6
dibawah ini.
Tabel 4.6 Neraca panas pada kritaliser (CR-101)
Panas masuk
(kJ/jam)
Panas keluar
(kJ/jam)
Q22 515.431,7624 -
Q23 - 72.199,1917
Qserap -443.232,5707 -
Jumlah 72.199,1917 72.199,1917
16.Partial condenser (E-103)Campuran EG dan H2O dari steam ejector (EJ-101) masuk kepartial condenser
(E-103) pada temperatur 308 oC dan keluar pada temperatur 160 oC. Media
pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada temperatur 10 oC dan keluar
pada 40 oC. Hasil perhitungan neraca panas di partial condenser (E-103) dapat
dilihat pada Tabel 4.7 dibawah ini.
-
8/12/2019 09E00038_2
34/365
Tabel 4.7 Neraca panas padaPartial Condenser(E-103)
Panas masuk
(kJ/jam)
Panas keluar
(kJ/jam)
Q13
47.038.409,0253 -
Q14 - 41.148.201,7576
Qserap -5.890.207,2677 -
Jumlah 41.148.201,7576 41.148.201,7576
17.Partial condenser (E-102)Campuran EG dan H2O dari reaktor 1(R-101) dan reaktor 2 (R-102) masuk ke
partial condenser (E-102) pada temperatur 260 oC dan keluar pada temperatur 160
oC. Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada temperatur 10 oC
dan keluar pada 40 oC. Hasil perhitungan neraca panas dipartial condenser (E-102)
dapat dilihat pada Tabel 4.8 dibawah ini.
Tabel 4.8 Neraca panas padaPartial Condenser(E-102)
Panas masuk
(kJ/jam)
Panas keluar
(kJ/jam)
Q15 21.094.299,8622 -
Q16 - 14.044.481,7137
Qserap -7.049.818,1485 -Jumlah 14.044.481,7137 14.044.481,7137
18.Cooler (E-101)Campuran EG dan H2O dari knock out drum (V-101) masuk ke cooler (E-101)
pada temperatur 160 oC dan keluar pada temperatur 30 oC. Media pendingin yang
digunakan adalah air yang masuk pada temperatur 10 oC dan keluar pada 40 oC.
Hasil perhitungan neraca panas di partial condenser (E-102) dapat dilihat pada
Tabel 4.9 dibawah ini.
Tabel 4.9 Neraca panas padacooler (E-101)
Panas masuk
(kJ/jam)
Panas keluar
(kJ/jam)
Q18 3.048.850,3630 0
Q19 0 106.144,5527
Qserap -2.942.705,8104 0
Jumlah 106.144,5527 106.144,5527
-
8/12/2019 09E00038_2
35/365
BAB V
SPESIFIKASI PERALATAN
5.1 Tangki PenyimpananEthylene Glycol(T 101)
Fungsi : MenyimpanEthylene Glycoluntuk kebutuhan 15 hari
Jenis : Tangki silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Kondisi operasi : Temperatur = 30 0C
Tekanan = 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-285, GradeC
Jumlah = 3 buah
Kapasitas tangki = 818,8935 m3
Diameter tangki = 8,5539 m
Tinggi silinder = 12,8308 m
Tinggi tutup ellipsoidal = 1,4259m
Pdesain = 3,0065 atm
Tebal silinder = 1 in
Tebal head standar = 1 in
5.2 Silo Tank (ST 101)
Fungsi : Menyimpan Terepthalate acid untuk kebutuhan 15 hari.
Jenis : Silinder vertikal dengan tutup datar dan alas berbentuk kerucut
Kondisi operasi : Temperatur = 30 0C
Tekanan = 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, GradeC
Jumlah = 3 buah
Kapasitas tangki = 1.746,1298 m3
Diameter tangki = 11,0098 m
Tinggi silinder = 16,5147m
Tinggi kerucut = 5,5049m
Pdesain = 4,6502 atm
Tebal silinder = 1 in
Tebal head standar = 1 in
-
8/12/2019 09E00038_2
36/365
5.3 Tangki Penyimpanan Antimon Trioksida (ST 102)
Fungsi : MenyimpanAntimon Trioksida untuk kebutuhan 30 hari.
Jenis : Silinder vertikal dengan tutup datar dan alas berbentuk kerucut
Kondisi operasi : Temperatur = 30 0C
Tekanan = 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, GradeC
Jumlah = 1 buah
Kapasitas tangki = 1,8388 m3
Diameter tangki = 1,1201m
Tinggi silinder = 1,6802m
Tinggi kerucutl = 0,5601m
Pdesain = 2,3248 atm
Tebal silinder = 5/16 in
Tebal head standar = 5/16 in
5.4 Tangki PenyimpananPolyethylene Terepthalate(ST 103)
Fungsi : Menyimpan produk Polyethyleneterepthalateselama 30 hari.
Jenis : Silinder vertikal dengan tutup datar dan alas berbentuk kerucutKondisi operasi : Temperatur = 30 0C
Tekanan = 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, GradeC
Jumlah = 6 buah
Kapasitas tangki = 2.323,6993 m3
Diameter tangki = 12,1101m
Tinggi silinder = 18,615mTinggi kerucutl = 6,0550m
Pdesain = 3,6730 atm
Tebal silinder = 1 in
Tebal head standar = 1 in
-
8/12/2019 09E00038_2
37/365
5.5 Tangki PenyimpananMother Liquor(T 102)
Fungsi : Menampung mother liquor selama 30 hari.
Jenis : Tangki silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Kondisi operasi : Temperatur = 30 0C
Tekanan = 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-285, GradeC
Jumlah = 1 buah
Kapasitas tangki = 361,1468 m3
Diameter tangki = 6,5110m
Tinggi silinder = 9,7665m
Tinggi tutup ellipsoidal = 1,0852m
Pdesain = 1,8831 atm
Tebal silinder = 5/8 in
Tebal head standar = 5/8 in
5.6 Bak terbuka tempat penampungan sisa katalis (T 103)
Fungsi : Menampung katalis darifilter press.
Jenis : Bak terbuka berbentuk balok alas datarKondisi operasi : Temperatur = 30 0C
Tekanan = 1 atm
Bahan konstruksi : Stainless steel316
Jumlah = 2 buah
Kapasitas bak = 0,3368 m3
Panjang bak = 3m
Lebar bak = 2mTinggi bak = 1m
Tebal plat = 5/16 in
-
8/12/2019 09E00038_2
38/365
5.7 Tangki Berpengaduk (MT 101)
Fungsi : Mencampur PTA dan EG.
Jenis : Tangki silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Kondisi operasi : Temperatur = 80 0C
Tekanan = 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-285, GradeC
Jumlah = 1 buah
Kapasitas tangki = 30,6401m3
Diameter tangki = 2,8610m
Tinggi silinder = 4,2915m
Tinggi tutup ellipsoidal = 0,7152m
Pdesain = 1,8521 atm
Tebal silinder = 3/8 in
Tebal head standar = 3/4 in
Jenis pengaduk = turbin daun enam datar
Jumlah baffle = 4 buah
Diameter impeller = 0,7152 m
Daya motor = 3 Hp
5.8 Reaktor Esterifikasi (R 101)
Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi antara Terepthalate Acid dengan
Ethylene GlycolmenghasilkanBishydroxylethyl Terepthalatedan air.
Jenis : Tangki berpengadukflat six blade open turbine dengan tutup dan alas
ellipsoidal
Kondisi operasi : Temperatur = 250
0
CTekanan = 1 atm
Bahan konstruksi : Stainless steel, SA-240, GradeC, type410
Jumlah = 3 buah
Kapasitas tangki = 44,1613 m3
Diameter tangki = 3,1307 m
Tinggi silinder = 4,6961 m
Tinggi tutup ellipsoidal = 0,5218 m
-
8/12/2019 09E00038_2
39/365
Pdesain = 1,6539 atm
Tebal silinder = 3/16 in
Tebal head standar = 3/16 in
Jenis pengaduk = turbin daun enam datar
Jumlah baffle = 4 buah
Diameter impeller = 0,7827m
Daya motor = 3 Hp
5.9 Reaktor Prepolimer (R 102)
Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi Bishydroxylethyl Terepthalatedengan
Ethylene GlycolmenghasilkanEthylene Glycoldan Prepolimer.
Jenis : Tangki berpengadukflat six blade open turbine dengan tutup dan alas
ellipsoidal
Kondisi operasi : Temperatur = 270 0C
Tekanan = 1 atm
Bahan konstruksi : Stainless steel, SA-240, GradeC, type410
Jumlah = 4 buah
Kapasitas tangki = 44,5775 m3
Diameter tangki = 3,1405 m
Tinggi silinder = 4,7108 m
Tinggi tutup ellipsoidal = 0,5234 m
Pdesain = 1,7363 atm
Tebal silinder = 3/16 in
Tebal head standar = 3/16 in
Jenis pengaduk = turbin daun enam datarJumlah baffle = 4 buah
Diameter impeller = 0,7851m
Daya motor = 2 Hp
5.10 Reaktor Polikondensasi (R 103)
Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi polikondensasi Prepolimer
menghasilkanEthylene Glycoldan Polyethyleneterepthalate.
-
8/12/2019 09E00038_2
40/365
Jenis : Tangki berpengaduk helical screw dengan tutup dan alas ellipsoidal.
Kondisi operasi : Temperatur = 290 0C
Tekanan = 0,00197385 atm
Bahan konstruksi : Stainless steel, SA-240, GradeC, type410
Jumlah = 5 buah
Kapasitas tangki = 47,4008 m3
Diameter tangki = 3,2054 m
Tinggi silinder = 4,8081 m
Tinggi tutup ellipsoidal = 0,5342 m
Pdesain = 0,7411 atm
Tebal silinder = 3/16 in
Tebal head standar = 3/16 in
Jenis pengaduk = helical screw
Diameter impeller = 1,0257m
Daya motor =10 Hp
5.11 Steam Ejector(EJ 101)
Fungsi : Untuk memvakumkan reaktor polikondensasi (R-103) sampai tekanan200 Pa.
Jenis : Four Stage Vacum Ejector
Jumlah = 1 buah
Kapasitas = 1.538,3 lb/hr
Kapasitas steam = 15.102,9979 kg steam/jam
Tekanan steam = 100 psig
5.12Knock Out Drum(V 101)
Fungsi : Tempat memisahkan gas (uap) dan cairan yang berasal dari partial
condenser (E-102 dan E-103).
Jenis : Tangkisilinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Kondisi operasi : Temperatur = 160 0C
Tekanan = 0,00197385 atm
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-285, GradeC
-
8/12/2019 09E00038_2
41/365
Jumlah = 1 buah
Kapasitas tangki = 31,2001m3
Diameter tangki = 2,7883m
Tinggi silinder = 4,1825m
Tinggi tutup ellipsoidal = 0,6971m
Pdesain = 1,6148 atm
Tebal silinder = 3/8 in
Tebal head standar = 3/8 in
5.13Filter Press (FP 101)
Fungsi : Untuk memisahkan produk PET liquid dari katalis Sb2O3
Bahan konstruksi : Carbon Steel, SA-36
Bentuk : Plate and Frame Filter Press
Jumlah : 1 buah
Kapasitas : 17,7861 m3
Bahan media filter : kanvas
Luas efektif penyaringan : 297,2974 m2
JumlahPlate : 328Jumlahframe : 328
5.14 Kristaliser (CR 101)
Fungsi : Tempat terbentuknya kristal PET
Jenis : Continous Stireed Tank Crystallizer (CSTC)
Kondisi operasi : Temperatur = 30 0C
Tekanan = 1 atmBahan konstruksi : Stainless steel, SA-240, GradeC, type410
Jumlah = 1 buah
Kapasitas tangki = 21,3151m3
Diameter tangki = 2,4557m
Tinggi silinder = 3,6836m
Tinggi tutup ellipsoidal = 0,6139m
Pdesain = 1,6487 atm
-
8/12/2019 09E00038_2
42/365
Tebal silinder = 3/8 in
Tebal head standar = 3/8 in
Jenis pengaduk = turbin daun enam datar
Jumlah baffle = 4 buah
Diameter impeller = 0,7367 m
Daya motor = 10 Hp
5.15 Centrifuge(CF 101)
Fungsi : Untuk memisahkan produk kristal PET dengan mother liquor
Jenis : Nozzle discharge centrifuge
Kondisi operasi : Temperatur = 30 0C
Tekanan = 1 atm
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-285 GradeC
Jumlah = 1 buah
Kapasitas centrifuge = 65,4236 gpm
Diameter bowl = 0,4064 m
Speed = 6250 rpm
Daya motor = 30 Hp
5.16Pelletizer(P-101)
Fungsi : Membentuk produk PET menjadi pelet dengan ukuran 3 mm.
Jenis : Four CylinderDry Ice Pelletizer
Bahan Konstruksi : Commercial Steel
Jumlah : 3 unit
Kapasitas yang ingin dibentuk menjadi pelet = 22.095,9596 kg/jamUntuk kapasitas diatas berdasarkan dari Cold Jet Manufacturer maka digunakan
pelletizer dengan spesifikasi : (www.coldjet.com)
Production Output : 10.909 kg/hr
Dimensions (with shutes and exhausts) : W 72 x L 108 x H 88
Weigth : 6825 lbs / 3100 kg
Hydraulic Oil : 85 gallons / 321,8 liters
Avg Power Consumption : 14,2 kW
-
8/12/2019 09E00038_2
43/365
5.17Bucket Elevator (BE-101)
Fungsi : Mengangkut bahan baku Terepthalate Acid (PTA) menuju
ke tangki pencampur (MT-101)
Bahan konstruksi : Baja karbon
Kapasitas : 39,329 ton/jam
Ukuran bucket : 10 x 6 x 6 (in)
Bucket spacing : 16 in
Elevator center : 25 ft
Bucket Speed : 68,6 m/menit
Belt width : 11 in
Jumlah : 1 unit
Daya motor : 6 Hp
5.18Belt Conveyor (BC-101)
Fungsi : Mengangkut Polyethylene Terepthalate (PET) Kristal menuju ke
Bucket elevator (BE-102)
Tipe : Throughed Belt on Continous Plate
Kapasitas : 53,0303 ton/jamKecepatanBelt : 100 ft/menit
LebarBelt : 18 in
PanjangBelt : 30 ft
Sudut elevasi : 18o
Bahan kontruksi : Baja karbon
Jumlah : 1 unit
Daya motor : 5 Hp
5.19 Cooler(E-101)
Fungsi : Mendinginkan ethylene glycol dan air keluaran knock
out drum (V 101)
Jenis : 2 4 Shell and Tube Heat Exchanger
Jumlah : 1 unit
Suhu umpan masuk : 160 0C
-
8/12/2019 09E00038_2
44/365
Suhu umpan keluar : 30 0C
Suhu air pendingin masuk : 10 0C
Suhu air pendingin keluar : 40 0C
Diameter shell : 21 in
Pitch (PT) : 11/4in square pitch
Diameter tube : 1 in
Jenis tube : 11 BWG
Jumlah tube : 170
Panjang tube : 9 ft
5.20Partial Condenser(E-102)
Fungsi : Mengkondensasikan sebagian campuran uap ethylene
glycoldan air keluaran reaktor Esterifikasi (R-101) dan
reaktor Prepolimer (R-102)
Jenis : 2 4 Shell and Tube Heat Exchanger
Jumlah : 1 unit
Suhu umpan masuk : 260 0C
Suhu umpan keluar : 1600
CSuhu air pendingin masuk : 10 0C
Suhu air pendingin keluar : 40 0C
Diameter shell : 19 in
Pitch (PT) : 11/4in square pitch
Diameter tube : 1 in
Jenis tube : 11 BWG
Jumlah tube : 140Panjang tube : 9 ft
5.21Partial Condenser(E-103)
Fungsi : Mengkondensasikan sebagian campuran uap ethylene
glycoldan air keluaran steam ejector (EJ-101)
Jenis : 2 4 Shell and Tube Heat Exchanger
Jumlah : 1 unit
-
8/12/2019 09E00038_2
45/365
Suhu umpan masuk : 308 0C
Suhu umpan keluar : 160 0C
Suhu air pendingin masuk : 10 0C
Suhu air pendingin keluar : 40 0C
Diameter shell : 17 in
Pitch (PT) : 11/4in square pitch
Diameter tube : 1 in
Jenis tube : 11 BWG
Jumlah tube : 106
Panjang tube : 9 ft
5.22 Cooler(E-104)
Fungsi : Mendinginkan produk Polyethylene Terepthalate
keluaranfilter press(FP-101)
Jenis : 2 4 Shell and Tube Heat Exchanger
Jumlah : 1 unit
Suhu umpan masuk : 290 0C
Suhu umpan keluar : 600
CSuhu air pendingin masuk : 10 0C
Suhu air pendingin keluar : 40 0C
Diameter shell : 17 in
Pitch (PT) : 11/4in square pitch
Diameter tube : 1 in
Jenis tube : 11 BWG
Jumlah tube : 106Panjang tube : 9 ft
5.23 PompaEthylene glycol (J-101)
Fungsi : MemompaEthylene Glycol dari T-101 ke MT-101
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial steel
Daya motor : 1/20 Hp
-
8/12/2019 09E00038_2
46/365
Jumlah : 2 unit (1 buah cadangan)
5.24 PompaMixer (J-102)
Fungsi : Memompa EG dan PTAdari MT-101 ke R-101
Jenis : Pompa screw
Bahan konstruksi : Commercial steel
Daya motor : 2 Hp
Jumlah : 2 unit (1 buah cadangan)
5.25 Pompa Reaktor Esterifikasi (J-103)
Fungsi : Memompa EG dan PTAdari MT-101 ke R-101
Jenis : Pompa screw
Bahan konstruksi : Commercial steel
Daya motor : 1 Hp
Jumlah : 2 unit (1 buah cadangan)
5.26 Pompa Reaktor Prepolimer (J-104)
Fungsi : Memompa produk dari bottom R-102 ke R-103Jenis : Pompa screw
Bahan konstruksi : Commercial steel
Daya motor : 3/4 Hp
Jumlah : 2 unit (1 buah cadangan)
5.27 PompaKnock Out Drum (J-105)
Fungsi : Memompa produk dari bottom V-101 ke E-101Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial steel
Daya motor : 1/2 Hp
Jumlah : 2 unit (1 buah cadangan)
5.28 PompaPartialCondenser (J-106)
Fungsi : Memompa produk dari bottom E-103 ke V-101
-
8/12/2019 09E00038_2
47/365
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial steel
Daya motor : 1/2 Hp
Jumlah : 2 unit (1 buah cadangan)
5.29 Pompa Reaktor Polikondensasi (J-107)
Fungsi : Memompa produk dari reaktor 3 (R-103) ke filter press
(FP-101)
Jenis : Pompa screw
Bahan konstruksi : Commercial steel
Daya motor : 1 Hp
Jumlah : 2 unit (1 buah cadangan)
5.30 PompaFilter Press (J-108)
Fungsi : Memompa produk darifilter press(FP-101) ke E-104
Jenis : Pompa screw
Bahan konstruksi : Commercial steel
Daya motor : HpJumlah : 2 unit (1 buah cadangan)
5.31 Pompa Crystallizer (J-109)
Fungsi : Memompa produk dari CR-101 ke CF-101
Jenis : Pompa screw
Bahan konstruksi : Commercial steel
Daya motor : 1 HpJumlah : 2 unit (1 buah cadangan)
-
8/12/2019 09E00038_2
48/365
BAB VI
INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
6.1 Instrumentasi
Instrumentasi adalah suatu alat yang dipakai di dalam suatu proses
kontrol untuk mengatur jalannya proses agar diperoleh hasil sesuai dengan
yang diharapkan. Dalam suatu pabrik kimia, pemakaian instrumen merupakan
suatu hal yang sangat penting karena dengan adanya rangkaian instrumen
tersebut maka operasi semua peralatan yang ada di dalam pabrik dapat
dimonitor dan dikontrol dengan cermat, mudah dan efisien, sehingga kondisi
operasi selalu berada dalam kondisi yang diharapkan. Namun pada dasarnya,
tujuan pengendalian tersebut adalah agar kondisi proses di pabrik mencapai
tingkat kesalahan (error) yang paling minimum sehingga produk dapat
dihasilkan secara optimal (Perry, 1999).
Fungsi instrumentasi adalah sebagai pengontrol, penunjuk (indicator),
pencatat (recorder), dan pemberi tanda bahaya (alarm). Instrumentasi bekerja
dengan tenaga mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan
secara manual atau otomatis. Instrumen digunakan dalam industri kimia untuk
mengukur variabel-variabel proses seperti temperatur, tekanan, densitas, viskositas,
panas spesifik, konduktifitas, pH, kelembaman, titik embun, tinggi cairan (liquid
level), laju alir, komposisi, dan moisture content. Instrumen-instrumen tersebut
mempunyai tingkat batasan operasi sesuai dengan kebutuhan pengolahan
(Timmerhaus, 2004).
Variabel-variabel proses yang biasanya dikontrol/diukur oleh instrumen
adalah (Considine,1985) :
1. Variabel utama, seperti temperatur, tekanan, laju alir, dan level cairan.
2. Variabel tambahan, seperti densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas,
pH, humiditas, titik embun, komposisi kimia, kandungan kelembaban, dan
variabel lainnya.
Secara umum, kerja dari alat-alat instrumentasi dapat dibagi dua bagian yaitu
operasi secara manual dan operasi secara otomatis. Penggunaan instrumen pada suatu
-
8/12/2019 09E00038_2
49/365
peralatan proses bergantung pada pertimbangan ekonomis dan sistem peralatan itu
sendiri. Pada pemakaian alat-alat instrumentasi juga harus ditentukan apakah alat-
alat itu dipasang pada peralatan proses (manual control) atau disatukan dalam suatu
ruang kontrol yang dihubungkan dengan bagian peralatan (automatic control).
(Perry,1999).
Menurut sifatnya konsep dasar pengendalian proses ada dua jenis, yaitu :
Pengendalian secara manual
Tindakan pengendalian yang dilakukan oleh manusia. Sistem pengendalian
ini merupakan sistem yang ekonomis karena tidak membutuhkan begitu banyak
instrumentasi dan instalasinya. Namun pengendalian ini berpotensi tidak praktis dan
tidak aman karena sebagai pengendalinya adalah manusia yang tidak lepas dari
kesalahan.
Pengendalian secara otomatis
Berbeda dengan pengendalian secara manual, pengendalian secara otomatis
menggunakan instrumentasi sebagi pengendali proses, namun manusia masih terlibat
sebagai otak pengendali. Banyak pekerjaan manusia dalam pengendalian secara
manual diambil alih oleh instrumentasi sehingga membuat sistem pengendalian ini
sangat praktis dan menguntungkan.
Hal-hal yang diharapkan dari pemakaian alat-alat instrumentasi adalah:
Kualitas produk dapat diperoleh sesuai dengan yang diinginkan
Pengoperasian sistem peralatan lebih mudah
Sistem kerja lebih efisien
Penyimpangan yang mungkin terjadi dapat diketahui dengan cepat
Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam instrumen-instrumen adalah
(Timmerhaus, 2004) :
1. Rangeyang diperlukan untuk pengukuran
2. Levelinstrumentasi
3. Ketelitian yang dibutuhkan
4. Bahan konstruksinya
5. Pengaruh pemasangan instrumentasi pada kondisi proses
-
8/12/2019 09E00038_2
50/365
6.1.1 Tujuan Pengendalian
Tujuan perancangan sistem pengendalian dari pabrik pembuatan PET dari
Asam Tereftalat dan Etilen Glikol adalah sebagai keamanan operasi pabrik yang
mencakup :
Mempertahankan variabel-variabel proses seperti temperatur dan tekanan
tetap berada dalam rentang operasi yang aman dengan harga toleransi yang
kecil.
Mendeteksi situasi berbahaya kemungkinan terjadinya kebocoran alat, karena
komponen zat yang digunakan pada pabrik sangat mudah terbakar.
Pendeteksian dilakukan dengan menyediakan alarm dan sistem penghentian
operasi secara otomatis (automatic shut down systems).
Mengontrol setiap penyimpangan operasi agar tidak terjadi kecelakaan kerja
maupun kerusakan pada alat proses.
6.1.2 Jenis-jenis Pengendalian dan Alat Pengendali
Sistem pengendalian yang digunakan pada pabrik ini menggunakan dan
mengkombinasikan beberapa tipe pengendalian sesuai dengan tujuan dan
keperluannya :
1. Feedback control
Perubahan pada sistem diukur (setelah adanya gangguan), hasil pengukuran
dibandingkan dengan set point, hasil perbandingan digunakan untuk
mengendalikan variabel yang dimanipulasi.
2. Feedforward control
Besarnya gangguan diukur (sensor pada input), hasil pengukuran digunakanuntuk mengendalikan variabel yang dimanipulasi.
3. Adaptive control
Sistem pengendalian yang dapat menyesuaikan parameternya secara otomatis
sedemikian rupa untuk mengatasi perubahan yang terjadi dalam proses yang
dikendalikannya, umumnya ditandai dengan adanya reset input pada controller
(selain set pointpada inputdari sensor).
-
8/12/2019 09E00038_2
51/365
4. Inferential control
Seringkali variabel yang ingin dikendalikan tidak dapat diukur secara langsung,
sebagai solusinya digunakan sistem pengendalian di mana variabel yang terukur
digunakan untuk mengestimasi variabel yang akan dikendalikan, variabel terukur
dan variabel tak terukur tersebut dihubungkan dengan suatu persamaan
matematika.
Pengendalian yang banyak digunakan adalah jenis feedback (umpan balik)
berdasarkan pertimbangan kemudahan pengendalian. Diagram balok untuk sistem
pengendalian ini secara umum dapat dilihat pada Gambar 6.1 berikut ini :
controller
Elemen
Pengendali
Akhir
Proses
measuring
device
+
gangguan(disturbances)
Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback
Pengukuran nilai keempat variabel di atas menggunakan bantuan sensor
untuk mendeteksi nilai masing-masing variabel proses. Sedangkan variabel proses
yang lain termasuk dalam kategori tertentu karena variabel itu tergantung kebutuhan
akan proses yang melibatkannya. Variabel proses tersebut antara lain :
a. Konsentrasi
b.Kepadatan (density) dan spesific gravity
c. Kelembaban (humidity) dan kadar air (moisture)
d.Kekeruhan zat cair (turbidity) dan derajat warna zat cair (clarity)
-
8/12/2019 09E00038_2
52/365
Untuk pengukuran nilai variabel proses di atas dapat digunakan sebuah
penganalisis (analyzer).
Gambar 6.2 Sebuah loop Pengendalian
Dari gambar di atas dapat dijelaskan bahwa dalam proses terdapat variabel
proses yang diantisipasi oleh elemen primer sebagai nilai perubahan proses misalnya
naik turunnya level suatu tangki, tinggi rendahnya temperatur, cepat lambatnya aliran
fluida, dan tinggi rendahnya tekanan dalam suatu tangki. Variabel proses ini bersifatrelatif atau dalam kondisi berubah-ubah. Sensor diterjemahkan sebagai harga
pengukuran. Untuk lebih jelasnya, gambar di bawah ini merupakan suatu contoh
aktual dari suatu proses yang terkendali.
Pada dasarnya sistem pengendalian terdiri dari (Considine,1985) :
a. Elemen Primer (Primary Element)Elemen Primer berfungsi untuk menunjukkan kualitas dan kuantitas suatu
variabel proses dan menerjemahkan nilai itu dalam bentuk sinyal denganmenggunakan transducer sebagai sensor. Ada banyak sensor yang digunakan
tergantung variabel proses yang ada.
Sensor untuk temperatur, yaitu bimetal, thermocouple, termal mekanik, dll.
Sensor untuk tekanan, yaitu diafragma, cincin keseimbangan, dll.
Sensor untuk level,yaitu pelampung, elemen radioaktif, perbedaan tekanan, dll.
Sensor untuk aliran atauflow,yaitu orifice, nozzledll.
ELEMEN
PENGENDALI
PROSES
ELEMEN
PENGUKURAN
ELEMEN
PRIMER
ELEMEN
PENGENDALI
AKHIR
GANGGUAN
SET POINT
-
8/12/2019 09E00038_2
53/365
b. Elemen Pengukuran (Measuring Element)Elemen Pengukuran berfungsi mengonversikan segala perubahan nilai yang
dihasilkan elemen primer yang berupa sinyal ke dalam sebuah harga pengukuran
yang dikirimkan transmitterke elemen pengendali.
Tipe Konvensional
Tipe ini menggunakan prinsip perbedaan kapasitansi.
Tipe Smart
Tipe smartmenggunakan microprocessor elektronicsebagai pemroses sinyal.
c. Elemen Pengendali (Controlling Element)Elemen pengendali berfungsi menerima sinyal dari elemen pengukur yang
kemudian dibandingkan dengan set pointdi dalam pengendali (controller). Hasilnya
berupa sinyal koreksi yang akan dikirim ke elemen pengendali menggunakan
processor (computer, microprocessor) sebagai pemroses sinyal pengendalian. Jenis
elemen pengendali yang digunakan tergantung pada variabel prosesnya.
Untuk variabel proses yang lain misalnya :
a. Temperatur menggunakan Temperature Controller(TC)
b. Tekanan menggunakan Pressure Controller(PC)
c. Aliran/flowmenggunakan Flow Controller(FC)
d. LevelmenggunakanLevel Controller(LC)
d. Elemen Pengendali AkhirElemen pengendali akhir berperan mengonversikan sinyal yang diterimanya
menjadi sebuah tindakan korektif terhadap proses. Umumnya industri menggunakan
control valvedan pompa sebagai elemen pengendali akhir.1. Controlvalve
Controlvalvemempunyai tiga elemen penyusun, yaitu:
Positioneryang berfungsi untuk mengatur posisi actuator.
ActuatorValveberfungsi mengaktualisasikan sinyal pengendali (valve).
Ada dua jenis actuatorvalveberdasarkan prinsip kerjanya yaitu :
a. Actuatorspring/per.
-
8/12/2019 09E00038_2
54/365
Actuator ini menggunakan spring/per sebagai penggerak piston
actuator.
b. Actuatoraksi ganda (double acting)
Untuk menggerakkan piston, actuatorini menggunakan tekanan udara
yang dimasukkan ke rumah actuator.
Valve, merupakan elemen pengendali proses. Ada banyak tipe valve
berdasarkan bentuknya seperti butterfly valve, valve bola, dan valve
segmen.
2. Pompa Listrik
Elemen pompa terdiri dari dua bagian, yaitu :
ActuatorPompa.
Sebagai actuator pompa adalah motor listrik. Motor listrik mengubah
tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Prinsip kerjanya berdasarkan
induksi elektromagnetik yang menggerakkan motor.
Pompa listrik berfungsi memindahkan/menggerakkan fluida baik itu zat
cair, gas dan padat.
Secara garis besar, fungsi instrumentasi adalah sebagai berikut :
1. Penunjuk (indicator)
2. Pencatat (recorder)
3. Pengontrol (regulator)
4. Pemberi tanda bahaya (alarm)
Adapun instrumentasi yang digunakan di pabrik PET ini mencakup :
1. Temperature Controller(TC)
Adalah alat/instrumen yang digunakan sebagai alat pengatur suhu atau pengukur
sinyal mekanis atau listrik. Pengaturan temperatur dilakukan dengan mengatur
jumlah material proses yang harus ditambahkan/dikeluarkan dari dalam suatu
proses yang sedang bekerja.
Prinsip kerja :
-
8/12/2019 09E00038_2
55/365
Ratefluida masuk atau keluar alat dikontrol oleh diafragma valve. Ratefluida ini
memberikan sinyal kepada TC untuk mendeteksi dan mengukur suhu sistem pada
set point.
2. Pressure Controller(PC)
Adalah alat/instrumen yang dapat digunakan sebagai alat pengatur tekanan atau
pengukur tekanan atau pengubah sinyal dalam bentuk gas menjadi sinyal
mekanis. Pengatur tekanan dapat dilakukan dengan mengatur jumlah uap/gas
yang keluar dari suatu alat dimana tekanannya ingin dideteksi.
Prinsip kerja :
Pressure control (PC) akibat tekanan uap keluar akan membuka/menutup
diafragma valve. Kemudian valve memberikan sinyal kepada PC untuk
mengukur dan mendeteksi tekanan pada set point.
3. Flow Controller(FC)
Adalah alat/instrumen yang bisa digunakan untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam pipa line atau unit proses lainnya. Pengukuran kecepatan aliran
fluida dalam pipa biasanya diatur dengan mengatur out put dari alat, yang
mengakibatkan fluida mengalir dalam pipa line.
Prinsip kerja :
Kecepatan aliran diatur oleh regulating valve dengan mengubah tekanan
discharge dari pompa. Tekanan discharge pompa melakukan bukaan/tutupan
valve dan FC menerima sinyal untuk mendeteksi dan mengukur kecepatan aliran
pada set point.
4. Level Controller(LC)
Adalah alat/instrumen yang dipakai untuk mengatur ketinggian (level) cairan
dalam suatu alat dimana cairan tersebut bekerja. Pengukuran tinggi permukaan
cairan dilakukan dengan operasi dari sebuah control valve, yaitu dengan
mengatur ratecairan masuk atau keluar proses.
Prinsip kerja :
-
8/12/2019 09E00038_2
56/365
Jumlah aliran fluida diatur oleh control valve. Kemudian rate fluida melalui valve
ini akan memberikan sinyal kepada LC untuk mendeteksi tinggi permukaan pada
set point.
Alat sensing yang digunakan umumnya pelampung atau transduser diafragma
untuk mendeteksi dan menunjukkan tinggi permukaan cairan dalam alat
dimana cairan bekerja.
Proses pengendalian pada pabrik ini menggunakan feedback control
configuration karena selain biayanya relatif lebih murah, pengaturan sistem
pengendaliannya menjadi lebih sederhana. Konfigurasi ini mengukur secara
langsung variabel yang ingin dikendalikan untuk mengatur harga variabel yang
dimanipulasi. Tujuan pengendalian ini adalah untuk mempertahankan variabel
yang dikendalikan pada level yang diinginkan (set point).
Sinyal output yang dihasilkan oleh pengendali oleh pengendali feedback ini
berupa pneumatic signal yaitu dengan menggunakan udara tekan. Tipe pengendali
feedback yang digunakan pada perancangan ini, yaitu :
1.Jenis P (Proportional), digunakan untuk mengendalikan tekanan gas.
2.Jenis PI (Proportional Integral), digunakan untuk mengendalikan laju alir
(flow), ketinggian (level) cairan, dan tekanan zat cair.
3.Jenis PID (Proportional Integral Derivative), digunakan untuk mengendalikan
temperatur.
6.1.3 Variabel-variabel Proses dalam Sistem Pengendalian
1. Tekanan
Peralatan untuk mengukur tekanan fluida adalah kombinasi silikon oil dalam
membran/plat tipis dengan pengukur kuat arus listrik. Prinsipnya adalah perubahan
kuat arus listrik akibat perubahan tekanan. Instrumen ini digunakan antara lain
untuk mengukur tekanan pada reaktor, dan tekanan keluaran blower.
2. Temperatur
Peralatan untuk mengukur temperatur adalah thermocouple. Instrumen ini
digunakan antara lain dalam pengukuran temperatur dalam reaktor, heat
exchanger,dancrystallizer .
-
8/12/2019 09E00038_2
57/365
3. Laju Alir
Peralatan yang digunakan untuk mengukur laju alir fluida adalah venturimeter.
Instrumen ini digunakan antara lain dalam pengukuran laju alir zat masukan
reaktor.
4. Perbandingan Laju Alir
Peralatan yang digunakan adalah sambungan mekanik (mechanical linkage) yang
dapat disesuaikan (adjustable), pneumatik, atau elektronik. Hasil pengukuran laju
alir aliran yang satu menentukan set point laju alir aliran lainnya. Instrumen ini
digunakan pada pengukuran laju alir umpan reaktor
5. Permukaan Cairan
Peralatan untuk mengukur level permukaan cairan adalah pelampung dan lengan
gaya. Prinsipnya adalah perubahan gaya apung yang dialami pelampung akibat
perubahan levelcairan. Pelampung yang mengapung pada permukaan cairan selalu
mengikuti tinggi permukaan cairan sehingga gaya apung pelampung dapat
diteruskan ke lengan gaya, sehingga dapat diketahui tinggi cairan. Penggunaannya
adalah untuk mengukur level permukaan fluida seperti pada kolom waste heat
boiler, dan tangki.
6.1.4 Syarat Perancangan Pengendalian
Beberapa syarat penting yang harus diperhatikan dalam perancangan pabrik
antara lain :
1. Tidak boleh terjadi konflik antar unit, di mana terdapat dua pengendali pada
satu aliran.
2. Penggunaan supervisory computer control untuk mengkoordinasik