prarancangan pabrik phthalic anhydride dari o-xylene dan udara

PRARANCANGAN PABRIK PHTHALIC ANHYDRIDE DARI

O-XYLENE DAN UDARA DENGAN KAPASITAS 80.000 TON/TAHUN

Disusun oleh:

Aldin Muhammad Qadrian 10/302143/TK/37309

Dosen Pembimbing:

Wiratni, S.T., M.T., Ph.D.

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2014

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udaradengan Kapasitas 80.000 ton/tahun

ii

LEMBAR PENGESAHAN

Tugas Perancangan Pabrik Kimia dengan judul :

PRARANCANGAN PABRIK PHTHALIC ANHYDRIDE DARIO-XYLENE DAN UDARA DENGAN KAPASITAS 80.000 TON/TAHUN

Dikerjakan oleh :Maulana Gilar Nugraha 10/300881/TK/36681Aldin Muhammad Qadrian 10/302143/TK/37309

Telah diperiksa dan disetujuiYogyakarta, Juni 2014

Dosen Pembimbing,

Wiratni, S.T., M.T., Ph.D.

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas80.000 ton/tahun

iii

PERNYATAAN

Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam mengerjakan tugas PPK ini kami tidakmelakukan pemalsuan (fabricating) data dan tidak menjiplak karya orang lain. Semua materidalam laporan tugas PPK ini merupakan hasil karya kami sendiri, kecuali yang secara tertulis diacudalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Jika di kemudian hari terbukti terdapatplagiat dalam tugas PPK ini, maka kami bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan.

Yogyakarta, 11 Juli 2014

Aldin Muhammad Qadrian

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara

dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun

iv

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kepada Allah SWT yang selalu

melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan

Tugas Prarancangan Pabrik Kimia ini. Adapun tugas ini disusun sebagai prasyarat

untuk menyelesaikan jenjang studi strata satu (S-1) di Jurusan Teknik Kimia,

Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada.

Judul tugas akhir yang dikerjakan adalah Prarancangan Pabrik

Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000

ton/tahun. Bagian yang dibuat terperinci adalah reaktor (R-01) dan Switch

Condenser (SC-01).

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-

pihak yang telah membantu sehingga Tugas Prarancangan Pabrik Kimia ini bisa

tersusun, antara lain kepada :

1. Ir. Moh. Fahrurrozi, MSc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada.

2. Wiratni, S.T., M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas

bimbingan yang diberikan selama penyusunan laporan.

3. Orang tua dan keluarga besar yang senantiasa memberikan restu, doa, dan

bimbingan.

4. Teman-teman Teknik Kimia UGM Angkatan 2010 yang telah memberikan

semangat dan kebersamaan.

5. Seluruh pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak

langsung dalam terselesaikannya Tugas Perancangan Pabrik Kimia ini yang

tidak dapat disebutkan satu persatu.

Akhir kata, penulis mohon maaf atas segala kekurangan dan semoga Tugas

Perancangan Pabrik Kimia ini dapat memberikan manfaat yang sebesar-besarnya

kepada ilmu pengetahuan.

Yogyakarta, Juni 2014

Penyusun



v

DAFTAR ISI

Halaman Judul ..................................................................................................... i

Lembar Pengesahan ............................................................................................ ii

Pernyataan .......................................................................................................... iii

Kata Pengantar ................................................................................................... iv

Daftar Isi.............................................................................................................. v

Intisari ................................................................................................................. vi

Abstract ............................................................................................................... vii

BAB I : PENDAHULUAN ......................................................................... 1

BAB II : URAIAN PROSES ........................................................................ 8

BAB III : SPESIFIKASI BAHAN ................................................................. 14

BAB IV : DIAGRAM ALIR .......................................................................... 16

BAB V : NERACA MASSA ........................................................................ 19

BAB VI : NERACA PANAS ......................................................................... 24

BAB VII : SPESIFIKASI ALAT .................................................................... 28

BAB VIII : UTILITAS ..................................................................................... 47

BAB IX : LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ...................................... 98

BAB X : PERTIMBANGAN ASPEK KESELAMATAN, KESEHATAN

KERJA, DAN KELESTARIAN LINGKUNGAN ........................ 105

BAB XI : ORGANISASI PERUSAHAAN ................................................... 128

BAB XII : EVALUASI EKONOMI ................................................................ 140

BAB XIII : KESIMPULAN .............................................................................. 161

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 162

LAMPIRAN



vi

INTISARI

Phthalic anhydride adalah bahan utama dalam pembuatan plasticizer yang

digunakan untuk memproduksi lapisan fleksibel seperti wallpaper dan upholstery

fabric dari polimer yang cukup getas. Selain itu, penggunaan phthalic anhydride

lainnya adalah untuk produksi unsaturated polyester resins, alkyd resins dan lain-

lain.

Pembuatan phthalic anhydride secara garis besar terdiri atas 5 tahap. Tahap

pertama adalah pengolahan bahan baku berupa o-xylene dan udara. Bahan baku

akan dipanaskan sampai suhu 350oC dan tekanan 6 atm sebelum masuk ke dalam

reaktor. Tahap kedua adalah tahap oksidasi yang berlangsung dalam reaktor fixed

bed multitube dengan bantuan katalis. Tahap ketiga adalah tahap kondensasi gas

keluaran reaktor di dalam switch condenser. Tahap keempat adalah pemurnian hasil

dengan aging tank dan menara distilasi yang bertujuan untuk memisahkan phthalic

anhydride dari komponen lain. Tahap terakhir adalah tahap pemadatan produk

menggunakan flaker. Selanjutnya produk flake phthalic anhydride akan disimpan

dalam bin sebelum di packing.

Pabrik ini dirancang dengan kapasitas 80.000 ton/tahun atau 10080 kg/jam.

Produk phthalic anhydride dengan kemurnian 99,8% dihasilkan diproduksi dari

9753,84 kg/jam o-xylene. Kebutuhan utilitas meliputi air sebanyak 36.864,34

kg/jam; dan listrik dengan daya 306,93 kW. Pabrik ini direncanakan untuk didirikan

di Kota Cilegon, Propinsi Banten dengan luas tanah 3 Ha. Total karyawan yang

dibutuhkan ialah sebanyak 193 orang.

Dari perhitungan hasil evaluasi ekonomi diperoleh parameter sebagai

berikut: Fixed Capital Investment (FCI) sebesar Rp 163.935.200.000,00 dan US$

49.300.000,00; Working Capital (WC) sebesar Rp 80.687.400.000,00 dan US$

5.600.000,00; Keuntungan sebelum pajak Rp293.499.400.000,00; Keuntungan

setelah pajak Rp146.749.700.000,00; Return On Investment before taxes = 44,72%;

Return On Investment after taxes = 22,38%; Pay Out Time before taxes = 2,12

tahun; Pay Out Time after taxes = 4,02 tahun; Break Even Point (BEP) = 41,46%;

Shut Down Point (SDP) = 17,02%, Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFRR)

= 36,13 % .

Kata Kunci : Phthalic anhydride, o-xylene, plasticizers.



vii

ABSTRACT

Phthalic anhydride is the intermediate product that mainly used as

plasticizer. Plasticiziers used as flexible layer production such as, wallpaper and

upholstery fabric from brittle polymer. Beside that, phthalic anhydride also used as

unsaturated polyester resins, alkyd resins production and many more..

Phthalic anhydride production consists of 5 steps. First step is raw material

(o-xylene and air) preparation. O-xylene and air would be heated and pressured

up to 350oC and 6 atm before enter the reactor. Second step is oxidation process

inside the fixed bed multitube reactor with catalyst loading. Third step is the

reactors product condensation that occur inside switch condenser. Fourth step is

product purification with aging tank and distillation coloumn. Last step is the

product solidification process using flaker. Phthalic anhydride flake would be

saved in bin before packaging process.

The plant is designed with a capacity of 80,000 tons/year or 10080 kg/hour.

The phthalic anhydride product with 99,8% purity is produced from 9753,84

kg/hout o-xylene. Utilities includes water as much as 36.864,34 kg/hour and

306,93 kW electrical power. The plant is planned to be established in Cilegon,

Banten Province, with an area of 3 hectares. Total employees are needed as much

as 193 people.

The calculation results the economic evaluation parameters obtained as

follows: Fixed Capital Investment (FCI) of Rp163,935,200,000.00 and

U.S.$49,300,000.00; Working Capital (WC) of Rp80,687,400,000.00 and U.S. $

5,600,000.00; Profit before tax of Rp293,499,400,000.00; Profit after tax of

Rp146,749,700,000.00; Return on Investment (ROI) before taxes = 44.72%, Return

on Investment after taxes = 22.38%; Pay Out Time (POT) before taxes = 2.12

years; Pay Out Time after taxes = 4.02 years; Break Even Point (BEP) = 41.46%;

Shut Down Point (SDP) = 17.02%, Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFRR)

= 36.13%.

Keywords: Phthalic anhydride, o-xylene, plasticizers



1

BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Pada tahun 2012, kapasitas produksi phthalic anhydride dari seluruh dunia

adalah 4,3 juta ton (Phthalic anhydride Market-Global Industry Analysis, Size,

Share, Growth, Trends and Forecast 2013 2019). Penggunaan phthalic

anhydride yang paling penting adalah untuk produksi plasticizers sebanyak 55%

(Ullmann, 2011). Selain itu, penggunaan phthalic anhydride lainnya adalah untuk

produksi unsaturated polyester resins sebanyak 14%, alkyd resins sebanyak 15%,

dan lain-lain sebanyak 16% (Ullmann, 2011). Plasticizer digunakan untuk

memproduksi lapisan fleksibel seperti wallpaper dan upholstery fabric dari

polimer yang cukup getas. Plasticizer dibagi dalam dua tipe: diester dari

monohydric alcohol sejenis seperti dibuthyl phthalate atau campuran dari dua

monohydric alcohol tidak sejenis. Plasticizers yang paling banyak diproduksi

adalah jenis dioctyl phthalate (DOP) (Kirk & Othmer, 2007). Selama ini produk

plasticizer selain dipasarkan di dalam negeri juga diekspor ke mancanegara.

Untuk memenuhi kebutuhan phthalic anhydride di Indonesia, produksi lokal

dan impor menjadi andalan. Namun, produksi phthalic anhydride lokal hanya

disokong oleh satu perusahaan, yaitu PT Petrowidada Gresik.

Perkembangan ekspor dan impor phthalic anhydride di Indonesia dapat

dilihat pada tabel berikut ini (Badan Pusat Statistik, 2013):

Daftar I.1. Data Perkembangan Ekspor dan Impor Phthalic anhydride di Indonesia,

Periode 2009-2012 (Badan Pusat Statistik, 2013)

Tahun Ekspor (ton) Impor (ton)

2009 19.442,5 16.265,5

2010 9.491,2 20.286,5

2011 5.328 29.577,2

2012 8.270,1 34.173,1



2

Gambar I.1. Grafik Perkembangan Ekspor dan Impor Phthalic Anhydride di

Indonesia, Periode 2009-2012 (Badan Pusat Statistik, 2013)

Berdasarkan hasil ekstrapolasi data pada Gambar 2, diperkirakan pada

tahun 2017, tahun dimana pabrik akan didirikan, jumlah phthalic anhydride yang

akan diimpor dan diekspor secara berurutan adalah sebanyak 66.034,18 ton dan

1.404,29 ton. Dapat dilihat terjadi peningkatan jumlah impor phthalic anhydride

dan penurunan pada jumlah ekspor secara signifikan.

Berikut kapasitas berbagai pabrik komersil phthalic anhydride yang telah

beroperasi di seluruh dunia :

Daftar I.2. Kapasitas Pabrik Produksi Phthalic Anhydride Komersil di Seluruh

Dunia

Perusahaan Lokasi Kapasitas (ton/th)

PT Petrowidada Gresik, Indonesia 70.000

Resinas Polyesters Spanyol 30.000

Chauny Aisne, Perancis 40.000

Petkim zmit Yarmca, Turki 34.000

Veba Chemie AG Bottrop, Jerman Barat 31.000

0,00

5.000,00

10.000,00

15.000,00

20.000,00

25.000,00

30.000,00

35.000,00

40.000,00

2008 2009 2010 2011 2012 2013

Imp

or/

Eksp

or,

to

n

Tahun

Ekspor (ton)

Impor (ton)



3

Stepan Chemical Northfield, Taiwan 23.000

Dapat disimpulkan bahwa pabrik yang memproduksi phthalic anhydride

secara komersil berkapasitas sekitar 23.000 75.000 ton/tahun. Melalui berbagai

pertimbangan tersebut, maka kapasitas pabrik optimum untuk rancangan adalah

sebesar 80.000 ton/tahun dengan tujuan :

Mengurangi kebutuhan impor phthalic anhydride;

Menambah suplai kebutuhan phthalic anhydride dalam negeri;

Sebagai stimulan pertumbuhan industri o-xylene dan industri berbahan

baku phthalic anhydride.

Phthalic anhydride akan diproduksi menggunakan bahan baku o-xylene.

Untuk memenuhi kebutuhan o-xylene di Indonesia, impor masih diperlukan

karena o-xylene tidak diproduksi di dalam negeri. O-xylene didatangkan dari

beberapa negara, seperti Singapura, Taiwan, Korea, Rusia, Australia dan

Amerika Serikat. Dari beberapa negara pemasok o-xylene tersebut, Singapura

tercatat sebagai pemasok terbesar.

B. TINJAUAN PUSTAKA

Pada awalnya metode produksi phthalic anhydride yang dikembangkan

adalah dengan oksidasi naphthalene pada fase gas menggunakan katalis berupa

vanadium dan molybdenum oxide yang dikembangkan di USA. Setelah perang

dunia kedua, metode yang paling banyak digunakan adalah metode oksidasi

BASFs naphthalene dengan asam sulfat dalam fase cair. Proses ini dipatenkan

pada 1896. Proses ini sangat banyak dilakukan sampai akhirnya pada akhir 1950-

an terjadi kelangkaan naphthalene (Kirk & Othmer, 2007).

Setelah itu dipilihlah o-xylene sebagai bahan baku baru produksi phthalic

anhydride ditambah dengan persediaan o-xylene sebagai hasil dari industri

petrochemical sangat melimpah.. Keuntungan penggunaan o-xylene adalah secara

teoritis akan diperoleh yield sebesar 1.395 kg/kg. Lebih tinggi jika dibandingkan

penggunaan naphthalene yang hanya menghasilkan yield sebesar 1.157 kg/kg

(Kirk & Othmer,2007).



4

Beberapa jenis proses produksi phthalic anhydride dengan oksidasi o-

xylene yang berkembang antara lain:

1) Oksidasi o-xylene pada fase gas

Proses ini adalah proses yang paling banyak digunakan saat ini. Secara umum

proses ini dilakukan dengan cara mereaksikan oksigen dan o-xylene dalam

fase gas pada multitube reaktor dengan katalis umumnya Vanadium Oxide

(V2O5) dengan penyangga berupa Titanium Oxide (TiO2). Penggunaan TiO2

sebagai penyangga menyebabkan dispersi V2O5 yang baik sehingga aktivitas

katalis pun menjadi tinggi. Suhu operasi reaktor berkisar antara 296 s/d 400oC.

Reaksi yang terjadi sangat eksotermis sehingga produk keluar reaktor harus

didinginkan di kondenser. Produk samping yang dihasilkan dari proses ini

adalah benzoic acid, maleic acid, phthalic acid, dan phthalide.

Reaksi utama pembuatan phthalic anhydride dari o-xylene dan udara

adalah sebagai berikut:

Gambar I.2. Reaksi Utama Proses Oksidasi O-xylene Fase Gas

Beberapa jenis proses yang berkembang untuk jenis oksidasi o-xylene

pada fase gas antara lain :

a) The BASF Process

Proses ini menggunakan reaktor dengan dua layer bed katalis yang

berfungsi untuk mengurangi jumlah byproduct. Selain itu katalis yang

digunakan pun tidak perlu diaktivasi oleh Sulfur Dioxide (SO2). Namun

banyak terdapat titik-titik hotspot yang sering terjadi dalam bed. Hal ini

mengakibatkan yield berkurang dan umur katalis pendek.

b) The Nippon Shokubai VGR (Vent Gas Recycling) Process



5

Proses Vent Gas Recycling akan me-recycle kembali exhaust gas keluar

reaktor ke inlet untuk menurunkan konsentrasi oksigen dibawah 10% vol

(diluar batas flammability limit-nya). Proses VGR telah dikembangkan

secara komersial oleh Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd. di

Jepang..

c) The Alusuisse-Ftalital LAR Process

Katalis yang digunakan dalam proses ini berbentuk cincin atau setengah

cincin. Penggunaan katalis jenis ini akan memuat lebih banyak katalis

dalam reaktor. Sehingga untuk kapasitas yang sama biasanya ukuran

reaktor untuk proses LAR akan relatif lebih kecil.

d) Atofina Process

Proses jenis ini telah dioperasikan pada pabrik PT Petrowidada Gresik

Indonesia dengan kapasitas 70.000 ton/tahun.

e) Von Heyden Process

Proses ini dikembangkan secara komersial oleh Lurgi l Gas Chemie

GmbH di Frankfurt dengan kapasitas produksi 20.000 75.000

ton/tahun. Sedangkan kapasitas maksimal untuk proses ini adalah 140.000

ton/tahun.

(Ullman,2011)

Perbandingan kondisi operasi pada jenis-jenis proses oksidasi o-xylene

pada fase gas diatas dapat dilihat pada Daftar 1 berikut:



6

Daftar I.3. Tabel Perbandingan Kondisi Operasi Berbagai Jenis Proses pada

Oksidasi O-xylene Fase Gas

No Jenis

Proses

Suhu

operasi (oC)

Konsentrasi o-xylene

masuk (g/m3)

Yield

(gPA/g o-

xylene)

Energi Kapasitas

(ton/tahun)

1 BASF 340-400 80-120 1,113-

1,131

Rendah -

2 Wacker 370-410 90-100 1,02-1,06 Tinggi -

3 VGR 360-400 85 1,16 Tinggi 40.000

4 LAR - 135 - Rendah -

5 Atofina 300-400 - - Rendah 80.000

6 Von

Heyden

340-360 40-130 1,10-1,12 Rendah 140.000

(Ullman,2011 & Data Paten)

2) Oksidasi o-xylene pada fase cair

Pabrik komersil yang menggunakan oksidasi o-xylene dalam fase cair,

dengan menggunakan asam asetat sebagai solvent dan cobalt/mangan/brom

sebagai katalis, pernah dioperasikan di Perancis sejak 1965 namun ditutup

pada tahun 1970. Namun dalam pembangunan pabrik tersebut dibutuhkan

capital cost yang besar karena besarnya kebutuhan logam dalam jumlah yang

besar. (Kirk & Othmer, 2007)

Perbandingan kondisi operasi pada proses oksidasi o-xylene fase gas dan

cair dapat dilihat pada Daftar 2 berikut:



7

Daftar I.4. Tabel Perbandingan Kondisi Operasi Pada Oksidasi O-xylene Fase Gas

dan Cair

No Jenis

proses

oksidasi

Suhu

(oC)

Solvent Aspek

Safety

Manufacturing

cost

Yield

(gPA/g

o-xylene)

1 Fase gas 300-400 SO2

(untuk

aktivasi

katalis)

Suhu

operasi

tinggi,

solvent

toxic

Rendah 1,10-1,16

2 Fase cair 150-245 Asam

Asetat

Korosif Tinggi 1,125

Dari Tabel 2 dapat diambil kesimpulan proses yang dipilih adalah proses 1

(oksidasi o-xylene fase gas). Dari segi suhu operasi dapat dilihat bahwa suhu

operasi pada fase gas lebih tinggi, yang berarti energi yang harus disediakan untuk

proses lebih besar dan alat kontrol dan safety yang harus disiapkan juga harus

lebih baik. Namun hal itu tidaklah sebanding jika ditinjau dari segi cost

manufacturing. Cost maufacturing proses 2 lebih mahal jika dibandingkan dengan

proses 1 karena dibutuhkan proteksi lebih akibat sifat solvent yang dipakai.

Seperti yang kita ketahui bahwa asam asetat adalah senyawa yang cukup korosif

sehingga menyebabkan bahan konstruksi alat-alat proses menjadi lebih mahal.

Pertimbangan lain pemilihan proses 1 dari segi yield. Dapat dilihat bahwa

oksidasi fase gas memberikan nilai yield yang lebih besar dibandingkan oksidasi

pada fase cair. Dapat ditinjau pula dari kenyataan di lapangan bahwa pabrik

dengan proses 2 sudah tidak ada lagi yang beroperasi. Hal ini membuat pemilihan

proses 1 menjadi lebih beralasan. Penggunaan solvent SO2 yang bersifat toxic dan

sangat berbahaya bagi lingkungan pada proses 1 dapat diatasi dengan cara

menjerap gas SO2 pada arus keluar reaktor kemudian me-recycle kembali gas SO2



8

ke dalam arus masuk reaktor sehingga dapat dipastikan gas SO2 tidak akan

mencemari lingkungan.

Dari Tabel 1 dapat diambil kesimpulan pula bahwa proses oksidasi o-

xylene pada fase gas yang dipilih adalah proses ke-6 yaitu von Heyden Process.

Alasan pemilihan proses ini adalah karena batas atas suhu operasi proses ini

adalah yang terendah. Sehingga dari aspek safety, proses ini jelas lebih unggul

dibandingkan proses yang lain. Kemudian dari segi range konsentrasi o-xylene

masuk reactor, dapat dilihat bahwa range konsentrasi o-xylene pada proses 6

adalah yang terbesar diantara yang lain. Besarnya range ini akan membuat pabrik

lebih fleksibel dalam pengoperasiannya dikarenakan tidak terlalu terganggunya

proses jika spesifikasi bahan baku yang digunakan ternyata mengalami perubahan.

Dari segi yield dan energi pun terlihat bahwa yield dari proses 6 cukup tinggi

dengan energy yang diperlukan oleh pabrik yang terbilang cukup rendah. Dari

segi kapasitas pun proses 6 memiliki kapasitas maksimum yang sangat besar

dibandingkan dengan jenis proses lain yaitu sebesar 140.000 ton/tahun.



8

BAB II

URAIAN PROSES

A. DASAR REAKSI

Reaksi pembentukan C8H4O3 (phthalic anhydride) adalah reaksi heterogen

fase gas dengan katalis padat, dimana terjadi reaksi oksidasi C8H10 (o-xylene) oleh

oksigen yang berasal dari udara. Dalam reaksi oksidasi o-xylene oleh oksigen,

selain reaksi utama pembentukan phthalic anhydride juga terjadi reaksi samping,

yaitu terbentuknya C4H2O3 (maleic anhydride), C7H6O2 (benzoic acid), C8H8O2

(toluic acid,) C8H6O2 (phthalide), C5H6O4 (citraconic acid), H2O, CO2, dan CO.

Reaksi utama yang terjadi :

C8H10 + 3 O2 C8H4O3 + 3 H2O

Selain reaksi di atas, terjadi pula reaksi samping :

C8H10 + 1,5 O2 C8H8O2 + H2O

C8H10 + 2 O2 C8H6O2 + 2 H2O

C8H10 + 3 O2 C7H6O2 + CO2 + 2H2O

C8H10 + 6 O2 C5H6O4 + 3 CO2 + 2 H2O

C8H10 + 7,5 O2 C4H2O3 + 4 CO2 + 4 H2O

C8H10 + 8,5 O2 4 CO + 4 CO2 + 5 H2O

(Mc. Ketta, 1988)

Konversi total o-xylene yang bereaksi dalam reaktor adalah 99,95 % mol,

sedangkan selektivitasnya adalah sebagai berikut :

Daftar II.2. Selektivitas Reaksi Proses Von Heyden

Komponen Selektivitas (% mol)

C8H4O3 77,3

C8H8O2 0,2

C8H6O2 0,2

C7H6O2 0,8

C8H10O 0,1

C4H2O3 4,0



9

Dan sisanya adalah selektivitas reaksi yang menghasilkan karbon

monoksida yang merupakan komponen hasil samping terbanyak setelah air dan

karbon dioksida.

Katalis yang digunakan biasanya berbentuk cincin dengan komposisi

lapisan aktif berupa vanadium oxide (V2O5) yang disangga oleh inert yang

memiliki komposisi berupa titanium oxide (TiO2), silicate, silicon carbide (SiC),

porselen, alumina, quartz (SiO2) dengan diameter total cincin 5-10 mm.

Komponen-komponen lain seperti antimony (Sb), rubidium (Rb), cesium (Cs),

niobium (Nb), dan phsporous (P) ditambahkan untuk meningkatkan selektivitas.

Sifat-sifat fisis dari katalis yang digunakan adalah :

Bentuk pellet : hollow cylindrical

Bulk density : 0,99 g/cm3

Melting point : 600 oC

Ukuran : diameter luar : 0,72 cm

diameter dalam : 0,36 cm

panjang : 0 70 cm

(Von Heyden Patent Document, 2000)

B. DESKRIPSI PROSES

Proses pembuatan phthalic anhydride dengan proses oksidasi katalitik o-

xylene terbagi dalam 5 tahap, yaitu :

1. Tahap pengolahan bahan baku

2. Tahap oksidasi

3. Tahap kondensasi

4. Tahap distilasi

5. Tahap pemadatan

B.1. Tahap pengolahan bahan baku



10

a. O-xylene

Bahan baku o-xylene ditampung dalam Liquid Vessel Tank T-01 pada suhu

30 oC dan tekanan 1 atm. Dari tangki ini o-xylene di naikkan tekanannya dengan

Pompa Sentrifugal P-01 menjadi 6,7 atm dan dialirkan ke vaporizer untuk

mengubah fasa o-xylene menjadi gas. Sebagai vaporizernya digunakan V-01

dengan medium pemanas berupa mobiloiltherm. O-xylene dipanaskan sampai

titik didihnya sebesar 228,1oC pada tekanan 6,7 atm. O-xylene keluar vaporizer

berbentuk gas dan cairan dengan fraksi masing-masing 0,8 dan 0,2. Selanjutnya

fase cair dan gas dipisahkan pada Flash Drum FD-01. Fase cair akan direcycle

kembali ke dalam cairan keluar Pompa P-01 sedangkan gas o-xylene dialirkan

ke Mixing Point MP-02 yang berada didalam Furnace F-01 untuk dicampur

dengan udara.

b. Udara

Udara dari atmosfer dengan temperature 30 oC dinaikkan tekanannya

dengan menggunakan Kompresor C-01 hingga mencapai tekanan 6,7 atm. Udara

akan dialirkan ke Mixing Point MP-02 di dalam Furnace F-01 dan akan dicampur

dengan o-xylene.

c. Pencampuran o-xylene dengan udara

Proses pencampuran o-xylene dengan udara berlangsung dalam Furnace

F-01. Rasio o-xylene dengan udara adalah sekitar 70 gr/m3, dimana konsentrasi

ini berada dibawah ambang flammability limitnya. Campuran ini kemudian

dipanaskan hingga mencapai suhu 350 oC di dalam Furnace F-01, lalu masuk ke

dalam Fixed Bed Multitube Catalytic Reactor R-01 pada tekanan 6 atm.

B.2. Tahap oksidasi

Campuran gas melewati reaktor R-01 pada sisi tube dengan suhu masuk

350 oC, dimana terjadi reaksi oksidasi dengan bantuan katalis vanadium

pentaoksida V2O5 yang disupport oleh TiO2 dan unsur-unsur lainnya. Reaksi yang

terjadi dalam tube reaktor ini sangat eksotermis pada suhu 340 360 oC. Alasan

pemilihan kondisi operasi ini adalah bahwa jika suhu operasi dibawah 340 oC



11

akan menyebabkan kecepatan reaksi berkurang, sedangkan jika suhu operasi

diatas 360 oC akan terbentuk CO2 dan H2O yang lebih banyak, dimana reaksi ini

tidak diinginkan karena akan mengurangi konversi pembentukan phthalic

anhydride. Oleh karena itu diperlukan pendingin berupa molten salt yang

mengalir melalui bagian shell reaktor. Gas hasil reaksi keluar dari reaktor pada

suhu 350 oC akan dialirkan ke dalam Switch Condenser SC-01.

B.3. Tahap kondensasi

Proses kondensasi terjadi pada Switch Condenser (SC-01) A/B yang

bekerja secara semi kontinu. Oleh karena itu digunakan 2 kondenser untuk

memastikan bahwa proses produksi dapat berjalan secara kontinu. Gas hasil

oksidasi yang terdiri atas sebagian besar phthalic anhydride dan off gas berupa

non-condensable gas seperti karbon monoksida, karbon dioksida, oksigen, dan

nitrogen akan dipisahkan dalam Accumulator AC-01. Proses kondensasi ini

meliputi tahapan sebagai berikut :

a. Receiving

Proses receiving merupakan tahap awal pemisahan dalam switch

condenser, dimana gas yang keluar dari reaktor masuk ke bagian shell

switch condenser. Pada tahap ini posisi valve cold oil dibuka, sedangkan

valve hot oil tertutup yang berlangsung selama 180 menit. Dalam Switch

Condenser SC-01, campuran gas yang mengandung sebagian besar

phthalic anhydride didinginkan sampai temperatur 100oC. Semua

komponen kecuali non-condensable gas akan mengembun. Namun dalam

perjalanan pengembunan komponen tersebut, terdapat beberapa komponen

yang memadat karena telah melewati titik lelehnya. Padatan tersebut akan

menjadi deposit padatan yang menempel pada bagian luar tube. Sedangkan

komponen cair dan gas akan mengalir ke Accumulator AC-01

b. Melting

Setelah proses receiving selesai, valve gas masuk ditutup karena

kondenser bekerja untuk melelehkan deposit padatan yang terbentuk.

Campuran padatan phthalic anhydride yang menempel pada dinding tube

tersebut dilelehkan pada titik lelehnya, yaitu 105oC dan dialirkan dalam



12

keadaan cair jenuh Accumulator AC-01

Setelah dicairkan dalam switch condenser, cairan crude phthalic

anhydride akan ditampung terlebih dahulu serta dipisahkan dengan non-

condensable gas di dalam Accumulator AC-01. Didalam AC-01 terjadi reaksi

antara phthalic anhydride dengan air yang menghasilkan phthalic acid.

Selanjutnya crude phthalic anhydride dialirkan menggunakan pompa P-02

menuju Agitating Tank AT-01 pada kondisi jenuh pada tekanan 3,5 atm untuk

mengubah crude phthalic acid menjadi phthalic anhydride dengan proses agitasi

dan pemanasan. Reaksi di dalam AT-01 bersifat endotermis sehingga diperlukan

pemanas untuk menjaga suhu operasi berkisar 150 oC. Medium pemanas yang

digunakan adalah dengan mobiloiltherm. Kemudian air yang berada dalam

Agitating Tank akan menguap dan keluar lewat atas tangki. Sedangkan bagian

bawah campuran yang terdiri atas sebagian besar phthalic anhydride mengalir ke

Menara Distilasi MD-01.

B.4. Tahap distilasi

Phthalic anhydride yang telah dihilangkan sebagian besar airnya pada

Aging Tank AT-01 dipompa menuju Menara Distilasi MD-01 yang beroperasi

pada tekanan atmosfer 1,3 atm. Pada tahap distilasi ini, phthalic anhydride murni

dipisahkan dari komponen-komponen lain yang ada dalam crude phthalic

anhydride. Secara garis besar terbagi atas dua macam komponen sebagai berikut :

1. Light Boiling Residue (LBR), yaitu komponen-komponen dalam campuran

yang mempunyai titik didih lebih rendah dari titik didih phthalic anhydride

murni, seperti o-xylene, m-xylene, maleic anhydride, benzoic acid, toluic

acid dan air.

2. High Boiling Residue (HBR), yaitu komponen-komponen dalam campuran

yang mempunyai titik didih lebih tinggi dari titik didih phthalic anhydride

murni, sepeti phthalide, citraconic acid dan phthalic acid.

Pada Menara Distilasi MD-01 terjadi pemisahan antara phthalic anhydride

dengan Light Boiling Residue (LBR). LBR diuapkan dan dikondensasikan dalam

Total Condenser CD-01. Fraksi ringan dari LBR dialirkan ke dalam unit n unit



13

pengolahan limbah. Sedangkan hasil bawah dialirkan ke Menara Distilasi MD-02

untuk pemurnian phthalic anhydride lebih lanjut.

Pada Menara Distilasi MD-02, dilakukan tahap pemurnian akhir yang

bertujuan untuk memisahkan phthalic anhydride murni dengan High Boiling

Residue (HBR) tersisa. HBR keluar pada bagian bawah dan dialirkan dengan

pompa P-03 menuju unit pengolahan limbah. Phthalic anhydride murni

didapatkan pada puncak kolom destilasi dan dikondensasikan dengan Kondenser

Total CD-02.

B.5. Tahap pemadatan produk

Phthalic anhydride cair yang telah dimurnikan dialirkan ke dalam Flaker

FL-01, untuk memperoleh phthalic anhydride dalam bentuk flake. Pompa P-06

mengumpankan PA dari CD-02 menuju FL-01, kemudian padatan yang terbentuk

diangkut dengan Belt Conveyor BC-01 dan Bucket Elevator BE-01 menuju Bin

B-01.



14

BAB III

SPESIFIKASI BAHAN

A. BAHAN BAKU

a. O-xylene

Rumus molekul : C8H10

Wujud (1 atm, 25 oC) : cair

Densitas (gr/cm3) : 0,881

Kemurnian (% berat) : min. 98

Impuritas (% berat) : m-xylene maks. 2

Boiling point (oC) : 156,6

Melting point (oC) : -25,2

Viskositas : 37,98 cp (pada suhu 30oC)

Harga : $0,35/kg

b. Udara

Wujud (25 0C) : gas

Density udara (kg/m3) : 1,2928

Komposisi udara pada umpan dapat dilihat pada tabel sebagai berikut :

Daftar III.1. Komposisi Udara Umpan

Komponen Komposisi (% mol maks.)

N2 78

O2 21

CO 0,998

CO2 0,001

Ar 0,001

B. PRODUK

a. Phthalic anhydride

Wujud (30 oC) : padat

Bentuk : flake

Densitas (gr/cm3) : 1,52 1,54



15

Kemurnian (% berat) : 99,8

Impuritas (% berat) : maleic anhydride maks 0,05

phtahlide maks. 0,06

phthalic acid maks. 0,04

lainnya maks. 0,05

Melting point (oC) : 130,8

Boiling point (oC) : 285

Kelarutan : larut seluruh bagian dalam benzene

Harga : $1,07/kg

b. Maleic anhydride

Wujud (30 oC) : padat

Bentuk : flake

Kemurnian (% berat) : 99,5

Melting point (oC) : 52,5

Boiling point (oC) : 202



16

BAB IV

DIAGRAM ALIR

Diagram alir kualitatif dan kuantitatif proses pembuatan phthalic

anhydride dari o-xylene dan udara ditunjukkan masing masing pada Gambar IV-

1 dan Gambar IV-2. Diagram alir kualitatif menggambarkan skema sederhana

proses dan kondisi operasi berupa suhu dan tekanan tiap arus. Diagram alir

kuantitaif menampilkan kondisi arus keluar dan masuk blok alat termasuk mass

flow tiap arus.

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun

17

Gambar IV-1. Diagram Alir Kualitatif

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun

18

Gambar IV-2. Diagram Alir Kuantitatif



19

BAB V

NERACA MASSA

Simbol komponen:

OX : o-xylene

MX : m-xylene

PA : Phthalic Anhydride

MA : Maleic Anhydride

TA : Toluic Acid

PD : Phthalide

BA : Benzoic Acid

CA : Citraconic Acid

PC : Phthalic Acid

CO : Karbon monoksida

CD : Karbon dioksida

O : Oksigen

N : Nitrogen

W : Air

A : Argon

A. Neraca Massa Total

Daftar V.1 Neraca Massa Total

Komponen Input

(kg/jam)

Output

(kg/jam)

OX 9657,3 4,8

MX 96,6 96,1

PA 0,0 10243,6

MA 0,0 356,6

TA 0,0 24,8

PD 0,0 24,4

BA 0,0 88,8

CA 0,0 11,8

PC 0,0 186,8

CO 1555,6 3328,2

CD 1,6 2862,7

O 32734,0 20703,2

N 121583,3 121583,3

W 0,0 6113,1

A 1,6 1,6

Total 165629,9 165629,9



20

B. Neraca Massa Alat

1. Neraca Massa di Flash Drum (FD-01)

Daftar V.2 Neraca Massa pada Flash Drum (FD-01)

Komponen

Input

(kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 4 Arus 5 Arus 6

OX 12072,2 9657,3 2414,9

MX 120,1 96,6 23,6

Total 12192,3 9753,8 2438,5

12192,3

2. Neraca Massa di Reaktor (R-01), untuk ketiga reaktor total.

Daftar V.3 Neraca Massa pada Reaktor (R-01-A/B/C)

Komponen Input

(kg/jam)

Output

(kg/jam)

OX 9657,3 4,8

MX 96,6 96,1

PA 0,0 10410,1

MA 0,0 356,6

TA 0,0 24,8

PD 0,0 24,4

BA 0,0 88,8

CA 0,0 11,8

PC 0,0 0,0

CO 1555,6 3328,2

CD 1,6 2862,7

O 32734,0 20703,2

N 121583,3 121583,3

W 0,0 6133,4

A 1,6 1,6

Total 165629,9 165629,9



21

3. Neraca Massa di Akumulator (AC-01), terjadi reaksi antara PA dengan air menjadi PC.

Daftar V.4 Neraca Massa pada Akumulator (AC-01)

Komponen

Input



OX 4,8 0,0 4,8

MX 96,1 0,0 96,1

PA 10410,1 0,0 2082,0

MA 356,6 0,0 356,6

TA 24,8 0,0 24,8

PD 24,4 0,0 24,4

BA 88,8 0,0 88,8

CA 11,8 0,0 11,8

PC 0,0 0,0 9341,0

CO 3328,2 3328,2 0,0

CD 2862,7 2862,7 0,0

O 20703,2 20703,2 0,0

N 121583,3 121583,3 0,0

W 6133,4 0,0 5120,5

A 1,6 1,6 0,0

Total 165629,9 148479,0 17150,9

165629,9



22

4. Neraca Massa di Aging Tank (AT-01), untuk ketiga reaktor total.

Daftar V.5 Neraca Massa pada Aging Tank (AT-01-A/B/C)

Komponen

Input



OX 4,8 0,3 4,5

MX 96,1 7,9 88,2

PA 2082,0 16,7 10226,8

MA 356,6 5,1 351,5

TA 24,8 0,0 24,7

PD 24,4 0,0 24,4

BA 88,8 0,2 88,6

CA 11,8 0,0 11,8

PC 9341,0 0,0 186,8

W 5120,5 1466,5 4646,6

Total 17150,9 1496,8 15654,1

17150,9

5. Neraca Massa di Menara Distilasi (MD-01)

Daftar V.6 Neraca Massa pada Menara Distilasi 1 (MD-01)

Komponen

Input



OX 4,5 4,5 0,0

MX 88,2 88,2 0,0

PA 10226,8 102,3 10124,6

MA 351,5 344,5 7,0

TA 24,7 24,0 0,7

PD 24,4 0,0 24,4

BA 88,6 86,0 2,7

CA 11,8 0,0 11,8

PC 186,8 0,0 186,8

W 4646,6 4646,6 0,0

Total 15654,1 5296,1 10358,0

15654,1



23

6. Neraca Massa di Menara Distilasi 2 (MD-02)

Daftar V.7 Neraca Massa pada Menara Distilasi 2 (MD-02)

Komponen

Input



PA 10124,6 10080,8 43,8

MA 7,0 5,1 2,0

TA 0,7 0,2 0,5

PD 24,4 6,1 18,3

BA 2,7 0,2 2,5

CA 11,8 0,1 11,7

PC 186,8 4,0 182,8

Total 10358,0 10096,5 261,6

10358,0



24

BAB VI

NERACA PANAS

A. Neraca Panas Total

Daftar VI.1. Neraca Panas Total

Input (kkal/jam) Output (kkal/jam)

Q oxylene masuk 20773,34 Q non condensable

gas 1261807,99

Q udara masuk 188049,43 Q steam out dalam

AT-01 551489,64

Q HE-01 7476408,32 Q low boiling residue

MD-01 1396891,35

W kompresor 31976,00 Q high boiling

residue MD-02 24270,89

Q pemanas V-01 1641676,93 Q produk 26670,42

Q pemanas dalam F-

01 8351695,83 Q pendingin R-01 36724429,55

Q reaksi dalam R-01 36689770,32 Q pendingin SC-01 12633015,99

Q reaksi dalam T-02 1042891,25 Q reaksi dalam AT-

01 154364,80

Q pemanas AT-01 656992,35 Q kondenser MD-01 1878897,64

Q reboiler MD-01 1209874,97 Q kondenser MD-02 1717448,29

Q reboiler MD-02 875375,19 Q pendingin pada

HE-01 578928,34

Q pengembunan SC-

01 942746,26 Q pendingin FL-01 677160,12

Q pengembunan

MD-01 1720404,10 Q penguapan V-01 670876,58

Q pengembunan

MD-02 858724,15 Q penguapan AT-01 720385,69

Total 61707358,43 Q pembekuan FL-01 45310,83

Total 61707358,43



25

B. Neraca Panas Alat

1. Neraca Panas di Vaporizer (V-01)

Daftar VI.2. Neraca Panas pada Vaporizer (V-01)

Komponen

Input Q (kkal/jam)

Komponen

Output Q (kkal/jam)

Q3 25925,87 Q4 (uap) 235119,77

Q pemanas 1641676,93 Q4 (cairan) 761606,46

Q penguapan 670876,58

Total 1667602,80 Total 1667602,80

2. Neraca Panas di Furnace (F-01)

Daftar VI.3. Neraca Panas pada Furnace (F-01)

Komponen Input Q (kkal/jam) Komponen

Output Q (kkal/jam)

Q1 + Q5 5470234,90 Q6 13821930,73

Q pemanas 8351695,83

Total 13821930,73 Total 13821930,73

3. Neraca Panas di Reaktor (R-01)

Daftar VI.4. Neraca Panas pada Reaktor (R-01(A/B/C))


Output Q (kkal/jam)

Q6 13821930,73 Q7 13787271,50

Q reaksi 36689770,32 Q pendingin 36724429,55

Total 50511701,05 Total 50511701,05

4. Neraca Panas di Switch Condenser (SC-01)

Daftar VI.5. Neraca Panas pada Switch Condenser (SC-01(A/B))


Output Q (kkal/jam)

Q7 13787271,5 Q8 1261807,99

Qpengembunan 942746,2613 Q crude PA cair 835193,78

Q pendingin 12633015,99

Total 14730017,76 Total 14730017,76



26

5. Neraca Panas di Akumulator (AC-02)

Daftar VI.6. Neraca Panas pada Akumulator (AC-01)

Komponen

Input Q (kkal/jam)

Komponen

Output Q (kkal/jam)

Q crude PA

cair 835193,78 Q9 1878085,13

Q reaksi 1042891,34

Total 1878085,13 Total 1878085,13

6. Neraca Panas di Aging Tank (AT-02)

Daftar VI.7. Neraca Panas pada Aging Tank (AT-01(A/B/C))

Komponen

Input Q (kkal/jam)

Komponen

Output Q (kkal/jam)

Q9 1878085,13 Q11 1108837,35

Q pemanas 656992,35 Q10 551489,64

Q reaksi 154364,80

Q penguapan 720385,69

Total 2535077,48 Total 2535077,48

7. Neraca Panas di Menara Distilasi 1 (MD-01)

Daftar VI.8. Neraca Panas pada Menara Distilasi 1 (MD-01)

Komponen

Input Q (kkal/jam)

Komponen

Output Q (kkal/jam)

Q11 1013034,80 Q12 1396891,35

Q reboiler 1209874,97 Q13 667524,88

Q

pengembunan 1720404,10 Q condenser 1878897,64

Total 3943313,87 Total 3943313,87



27

8. Neraca Panas di Menara Distilasi 2 (MD-02)

Daftar VI.9. Neraca Panas pada Menara Distilasi 2 (MD-02)


Output Q (kkal/jam)

Q13 666139,56 Q14 658519,71

Q reboiler 875375,19 Q15 24270,89

Q pengembunan 858724,15 Q condenser 1717448,29

Total 2400238,89 Total 2400238,89

9. Neraca Panas pada Flaker (FL-01)

Daftar VI.10. Neraca Panas pada Flaker (FL-01)

Komponen

Input Q (kkal/jam)

Komponen

Output Q (kkal/jam)

Q15 658519,71

Phthalic

Anhydride

flakes

26670,42

Q

pembekuan 45310,83 Q pendingin 677160,12

Total 703830,54 Total 703830,54



28

BAB VII

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

VII.1. Tangki Penyimpan o-Xylene

Kode : T-01

Fungsi : Menyimpan bahan baku ortho xylene selama 30 hari

sebanyak 7973,9 m3

Tipe : silinder tegak dengan alas datar dan atap conical

Jumlah : 1 unit

Bahan : carbon Steel SA- 283 Grade C

Kondisi penyimpanan : cair

Suhu : 30 C

Tekanan : 1 atm

Tinggi : 42 ft

Diameter : 120 ft

Tebal shell : Course 1 = 1,24 in

Course 2 = 0,96 in

Course 3 = 0,83 in

Course 4 = 0,67 in

Course 5 = 0,30 in

Course 6 = 0,19 in

Tebal head : 0.1875 in

Tinggi head : 20,03 ft

Harga : $ 48.132

VII.2. Flash Drum

Kode : FD-01

Fungsi : Memisahkan uap o-xylene dan m-xylene dengan

cairannya dengan kapasitas 12192,31 kg/jam

Bahan : Carbon Steel SA 283 Garde D

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : Tekanan : 6,7 atm



29

Suhu : 501,26 K

Diameter : 1,37 meter

Tinggi : 4,47 meter

Tebal dinding : 0,50 inch

Harga : $ 14.823

VII.3. Furnace

Kode : F-01

Fungsi : Memanaskan feed gas dan udara dari suhu 228oC dan

68oC menjadi 350oC dengan kapasitas 165628,3 kg/jam

Tipe : Fire Box Furnace

Bahan : Baja tahan panas SA 240 Grade T

Jumlah : 1 buah

Kondisi operasi :

Inlet :

Suhu : 68oC (Udara) dan 228oC (Feed Gas)

Tekanan : 6,57 atm

Outlet

Suhu : 350oC

Tekanan : 6,57 atm

Beban panas : 56,87 MMBTU/hour

Dimensi furnace :

Tinggi : 15 ft

Lebar : 20 ft

Panjang pipa : 25 ft

Jumlah tube : 141

Tebal isolasi : 2,16 inch

Tinggi stack : 20 ft

Harga : $ 1.448.229



30

VII.4. Reaktor

Kode : R-01

Fungsi : mereaksikan o-xylene dan udara menjadi phthalic

anhydride dengan kapasitas 165629,90 kg/jam

Tipe : fixed bed multitube

Bahan konstruksi

- Tube : baja komersial ASA Standar B.36.10

- Shell : stainless steel SA-204 Grade A

Jumlah reaktor : 3 buah

Jumlah tube : 7505 buah

Kondisi operasi : non isotermal - non adiabatik

Temperatur : 350 oC

Tekanan umpan : 6 atm

Fase reaksi : reaktan gas dengan katalis padat

Katalis : V2O5

Pendingin : molten salt

Tinggi reaktor : 11 m

Volume reaktor : 230,11m3

Tebal shell : 1 in

Tinggi head : 43,98 in

Massa katalis : 23200,38 kg katalis

Bahan Isolasi : diatomeous earth

Tebal isolasi : 0,11 m

Harga : $ 3.479.716

VII.5. Switch Condenser

Kode : SC-01

Fungsi : Mengembunkan gas keluar reaktor dengan kapasitas

165629,90 kg/jam

Tipe : Multitube heat exchanger 1-1 dengan aliran counter



31

current

Jumlah alat : 2

Waktu siklus : 12 menit

Tahap desublimasi : 10 menit

Tahap melting : 2 menit

Medium pemanas/pendingin : Crude oil

Beban desublimasi : 10185540 kJ/siklus

Beban pemanas : 28192,17 kJ/siklus

Flowrate pendingin : 44,44 kg/sekon

Flowrate pemanas : 3,58 kg/sekon

Luas transfer panas : 2188,09 m2

Kondisi operasi :

Tekanan : 1,3 atm

Tahap receiving :

- Suhu gas masuk : 350oC

- Suhu keluar proses receiving : 105oC

- Suhu pendingin masuk : 28oC

- Suhu pendingin keluar : 211oC

Tahap melting :

- Suhu awal padatan : 105oC

- Suhu keluar cairan : 130oC

- Suhu pemanas masuk : 135oC

- Suhu pemanas keluar : 102oC

Dimensi :

Shell side :

- Komponen yang mengalir : Crude oil pendingin dan pemanas

- Jumlah pass : 1

- Bahan : Carbon steel SA-283 Grade C

- Inside diameter : 78,74 in = 2 m = 6,56 ft

- Tebal : 0,1875 in

- Panjang plate : 3,42 ft

- Panjang shell : 9,78 m



32

Tube side :

- Komponen yang mengalir : Fluida keluar reaktor

- Inside diameter : 0,532 in

- Outside diameter : 0,018375 m = 0,75 in

- PT : 1 in

- BWG : 12

- Panjang tube : 9,78 m

- Jumlah pass : 1

- Jumlah tube : 3876

- Bahan : Carbon steel SA-283 Grade C

Pressure Drop : 0,254 atm

Tebal isolasi : 0,181 m

Jenis isolasi : Diatomaceous Earth

Harga : $ 616.680

VII.6. Accumulator

Kode : AC-01

Fungsi :

Memisahkan cairan keluar Switch Condenser dengan non condensable gas

dengan kapasitas 17150,89 kg/jam

Membuat kontinyu aliran setelah SC-01

Tipe : silinder tegak dengan alas datar dan atap torispherical

dished head

Jumlah : 1 buah

Bahan : carbon Steel SA- 283 Grade C

Fase operasi : cair dan gas

Suhu : 105 C

Tekanan : 1 atm

Volume : 93,75 ft3 = 2,65 m3

Tinggi : 3,10 ft = 0,94 m

Diameter : 12,40 ft = 3,78 m

Tebal tangki : 0,25 in = 0,635 cm



33

Tebal head : 0.1875 in = 0,476 cm

Tinggi head : 6,13 in = 15,57 cm

Harga : $ 11.927

VII.7. Aging Tank

Kode : AT-01

Tugas : Untuk mengubah crude phthalic anhydride (mengandung

sebagian phthalic acid) menjadi phthalic anhydride dengan

proses agitasi dan pamanasan dengan kapasitas 16543,52

kg/jam

Tipe : Cylindrical tank dengan atap dan bottom berbentuk

torosperical dished head dengan pengaduk dan pemanas

koil

Bahan : Stainless Steel SA167 tipe 310

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Suhu : 423,15 K

Tekanan : 3,5 atm

Konversi : 67%

Waktu agitasi : 8 jam

Volume : 223,89 m3

Diameter tangki : 6,58 m

Diameter pengaduk : 2,19 m

Tinggi tangki : 8,22 m

Tinggi cairan : 6,54 m

Tebal baffle : 0,21 m

Tebal shell : 0,59 in

Tebal head : 0,75 in

Pengaduk :

Jenis pengaduk : Marine propeller dengan 3 blades

Daya pengaduk : 4 HP

Jenis pemamas : Koil



34

Panjang koil : 860,65 ft

Jumlah putaran : 28

Tinggi koil : 10,90 ft

Bahan : Stainless steel

Harga : $ 374.836

VII.8. Menara Distilasi 1

Kode : MD - 01

Fungsi : Memisahkan produk utama (phthalic anhydride) sebagai

hasil bawah dengan produk samping lainnya sebagai

hasil atas dengan kapasitas 15654,09 kg/jam

Tipe : Sieve tray

Bahan : Carbon steel SA-283 Grade A

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Feed : Suhu : 150oC. Tekanan : 3,5 atm

Atas menara : Suhu : 138,9oC. Tekanan : 3,4 atm

Bawah menara : Suhu : 353,53oC. Tekanan : 3,6 atm

Reflux : 0,081

Reflux minimum : 0,067

Jumlah Plate : 16 plate

Tray spacing : 20 in

Lokasi feed : Diantara plate 7 dan 8

Dimensi :

Tinggi menara : 10,21 m

Diameter atas : 0,747 m

Diameter bawah : 0,542 m

Tebal shell : 1/4in

Tebal head : - puncak : 1/4 in

- dasar : 1/4 in

Tinggi head : - puncak : 0,185 m



35

- dasar : 0,123 m

Harga : $ 165.200

VII.9. Menara Distilasi 2

Kode : MD - 02

Fungsi : Memisahkan produk utama (phthalic anhydride) sebagai

hasil atas dengan produk samping dengan kapasitas

10358,03 kg/jam

Tipe : Sieve tray

Bahan : Carbon steel SA-283 Grade A

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Feed : Suhu : 571 K. Tekanan : 1,3 atm

Atas menara : Suhu : 566,96 K. Tekanan : 1,2 atm

Bawah menara : Suhu : 599,89 K. Tekanan : 1,4 atm

Reflux : 0,72

Reflux minimum : 0,60

Jumlah Plate : 25 plate

Tray spacing : 20 in

Lokasi feed : Diantara plate 14 dan 15

Dimensi :

Tinggi menara : 14,87 m

Diameter atas : 1,40 m

Diameter bawah : 0,38 m

Tebal shell : 3/16 in

Tebal head : - puncak : 3/16 in

- dasar : 3/16 in

Tinggi head : - puncak : 0,298 m

- dasar : 0,102 m

Harga : $ 169.320



36

VII.10. Flaker

Kode : FL-01

Fungsi : membentuk Phthalic Anhydride cair menjadi padatan

berbentuk flake dengan kapasitas 10096,45 kg/jam

Jumlah : 1 buah

Tipe : Rotaring Drum Flaker (single drum)

Bahan Komstruksi : Carbon steel

Kebutuhan air pendingin : 6,97 kg/sekon

Dimensi Flaker :

Diameter : 2,18 m

Luas : 4,37 m2

Volume padatan : 6,61 m3/jam

Jumlah putaran drum : 3,64 putaran / menit

Harga : $ 107.339

VII.11. Belt Conveyor

Kode : BC-01

Fungsi : Mengangkut Phthalic anhydride dari Flaker (F-01) ke

Bucket Elevator (E-01) sebanyak 10096,45 kg/jam

Tipe : Closed Belt Conveyor

Bahan : Stainless Steel 316

Jumlah : 1 unit

Kapasitas : 6,61 m3/jam

Panjang : 30 ft

Lebar Belt : 14 in

Power Motor : 0,25 hp

Harga : $ 14.600

VII.12. Bucket Elevator

Kode : BE-02

Fungsi : Mengangkut Phthalic anhydride dari Belt Conveyor



37

(BC-01) ke Bin (BI-01) sebanyak 10096,45 kg/jam

Tipe : Bucket elevator


Jumlah : 2 unit

Kapasitas bahan : 233,51 ft3/jam

Kapasitas elevator : 9,62 ton/jam

Ukuran bucket : 6 x 4 x 4,25 in

Jarak antar bucket : 12 in

Kecepatan bucket : 225 ft/min

Tinggi elevator : 25 ft

Putaran poros puncak : 43 rpm

Tenaga yang diijinkan pada putaran poros puncak : 9176 hp

Tenaga tambahan : 0,5 hp

Diameter poros puncak : 1,9375 in

Diameter poros bawah : 1,6875 in

Diameter pulley puncak : 20 in

Diameter pulley bawah : 14

Harga : $ 10.393

VII.13. Bin

Kode : BI-01

Tugas : Menyimpan phthalic anhydride flake selama 12 jam

dengan kapasitas 10096,45 kg/jam

Jumlah alat : 2 unit

Bahan : Carbon Steel SA- 283 Grade C

Volume bin : 47,61 m2

Dimensi :

Diameter : 3,20 m

Tinggi bagian atas : 3,20 m

Tinggi bagian bawah : 4,81 m

Diameter opening : 1,06 m

Harga : $ 17.900



38

VII.14. Vaporizer

Kode : V-01

Fungsi : Menguapkan campuran O-xylene dan M-xylene dengan

kapasitas 12192,31 kg/jam

Tipe : Kettle reboiler, 2-4

Jumlah : 1 buah

Jenis pemanas : Oil mobiltherm

Kondisi operasi :

Suhu pemanas masuk : 30oC

Suhu pemanas keluar : 228,1oC

Tekanan boiler : 6,7 atm

Massa pemanas : 2608,06 lb/hr lb/jam

Spesifikasi alat :

Tube : OD 1 in, 13 BWG, 1,25 in triangular pitch, panjang 16 ft,

Shell : jumlah pass = 1, ID = 32,4 in

Ud : 57,24 Btu/j ft2 F

A : 463,56 ft2

P : 3,209 psi (pada tube)

Harga : $ 19.594

VII.15. Reboiler 1

Kode : RB-01

Fungsi : Menguapkan sebagian hasil bawah MD-01 sehingga

diperoleh produk bawah sebanyak 10358,03 kg/jam


Jumlah : 1 buah

Jenis pemanas : Dowtherm-A

Kondisi operasi :

Suhu pemanas masuk : 382,7oC

Suhu pemanas keluar : 368,4oC

Suhu operasi boiler : 351,79oC




39

Massa pemanas : 4160,25 lb/jam

Spesifikasi alat :

Tube : OD 1,5 in, 14 BWG, 1 7/8 in triangular pitch, panjang 16 ft,

Shell : jumlah pass = 1, ID = 27 in

Ud : 3,8133 Btu/j ft2 F

A : 617,69 ft2

P : 0,9516 psi

Harga : $ 100.500

VII.16. Reboiler 2

Kode : RB-02

Fungsi : Menguapkan sebagian hasil bawah MD-02 sehingga

diperoleh produk bawah sebanyak 261,57 kg/jam


Jumlah : 1 buah

Jenis pemanas : Dowtherm-A

Kondisi operasi :

Suhu pemanas masuk : 368,4oC

Suhu pemanas keluar : 368oC

Suhu operasi boiler : 346,6oC



Spesifikasi alat :

Tube : OD 1 in, 14 BWG, 1,25 in triangular pitch, panjang 12 ft


Ud : 2 Btu/j ft2 F

A : 285,88 ft2

P : 0,000775 psi

Harga : $ 40.000

VII.17. Condenser 1

Kode : CD-01



40

Fungsi : Mengembunkan uap hasil atas MD-01 dengan kapasitas

10358,03 kg/jam

Tipe : Shell and tube, 1-4

Jumlah : 1 buah

Jenis pendingin : cooling water

Kondisi operasi :

Suhu pendingin masuk : 86oF

Suhu pendingin keluar : 120oF

Suhu operasi condenser : 138,98oF

Tekanan condenser : 3,4 atm

Massa pendingin : 263981,9651 lb/jam

Spesifikasi alat :

Tube : OD 3/4 in, 16 BWG, 1 in triangular pitch, panjang 14 ft, 4 pass


Ud : 127,3114 Btu/j ft2 F

A : 486,7061 ft2

P : 10,9922 psi

Jumlah tube : 352 tube

Harga : $ 106.300

VII.18. Condenser 2

Kode : CD-02

Fungsi : Mengembunkan uap hasil atas MD-02 dengan kapasitas

17412,76 kg/jam

Tipe : Shell and tube, 1-4

Jumlah : 1 buah

Jenis pendingin : Cooling water

Kondisi operasi :

Suhu pendingin masuk : 86oF

Suhu pendingin keluar : 120oF

Suhu operasi condenser : 293,82oF




41


Spesifikasi alat :

Tube : OD 3/4 in, 16 BWG, 1 in triangular pitch, panjang 14 ft, 4 pass


Ud : 127,3114 Btu/j ft2 F

A : 306,3808 ft2

P : 12,8912 psi

Harga : $ 79.500

VII.19. Cooler

Kode : HE-01

Fungsi : Mendinginkan fluida keluar MD-02 dari 264,5oC menjadi

suhu 131oC dengan kapasitas 10096,45 kg/jam

Tipe : Double Pipe Heat Exchanger


Tekanan Operasi : 1,2 atm

Annulus :

Fluida di annulus : Hasil atas MD-02

Suhu masuk di annulus : 508,1791 oF

Suhu keluar di annulus : 267,8000 oF

Layout : IPS = 3 in, SchN 40, OD = 3,5 in, ID = 3,068 in

Flowrate : 10096,45 lb/jam

Inner Pipe :

Fluida di inner pipe : Cooling water

Suhu masuk di inner pipe : 120 oF

Suhu keluar di inner pipe : 150 oF

Layout : IPS = 2 in, SchN 40, OD = 2,38 in, ID = 2,067 in

Flowrate : 76600,32 lb/jam

Luas transfer panas : 139,3145 ft2

Panjang total : 79,56 ft

Panjang tiap pipa : 20 ft



42

Jumlah pipa : 4 pipa (2 hairpin)

Harga : $ 34.700

VII.20. Kompresor Udara

Kode : C-01

Fungsi : Menaikkan tekanan udara sebanyak 155876,05 kg/jam

dari tekanan 1 atm menjadi 6,7 atm.

Tipe : Kompresor Piston

Jumlah : 1 unit


Kondisi operasi :

Suction :

Tekanan : 1 atm

Suhu : 30oC

Discharge :

Tekanan : 6,7 atm

Suhu : 68,8oC

Beban kompresor : 3,67 kW

Daya motor : 7,5 hp

Jenis motor : Motor induksi 220 V, 3 fase

Frekuensi : 50 Hz

Jumlah kutub : 2

Harga : $ 54.600

VII.21. Pompa 1

Kode : P-02

Fungsi : Memompa bahan baku (campuran o-xylene dan m-

xylene) ke vaporizer (V-01) sebanyak 9753,85 kg/jam.

Tipe : Reciprocating Pump

Jumlah : 1 unit


Power pompa : 5 hp



43

Kondisi operasi :

Suction

Tekanan : 1 atm

Suhu : 30oC

Discharge

Tekanan : 6,7 atm

Suhu : 30oC

Kapasitas : 11,07 m3/h

Head Pompa : 62,06 meter

Spesific speed : 400 rpm

Jenis motor : induksi

Frekuensi : 50 Hz

Jumlah kutub : 2

Harga : $ 57.077

VII.22. Pompa 2

Kode : P-03

Fungsi : Memompa keluaran AC-01 ke dalam Aging Tank (AT-

01) dengan kapasitas 17150,9 kg/jam

Tipe : Centrifugal pump

Jumlah : 1 unit


Power pompa : 1,5 hp

Kondisi operasi :

Suction

Tekanan : 1 atm

Suhu : 130oC

Discharge

Tekanan : 3,5 atm

Suhu : 130oC


Head Pompa : 18,22 m



44



Frekuensi : 50 Hz

Jumlah kutub : 2

Harga : $ 64.744

VII.23. Pompa 3

Kode : P-04

Fungsi : Memompa bahan keluaran AT-01 kedalam MD-01 dengan

kapasitas 17150,9 kg/jam


Jumlah : 1 unit



Kondisi operasi :

Suction

Tekanan : 1,5 atm

Suhu : 105oC

Discharge

Tekanan : 3,4 atm

Suhu : 105oC





Frekuensi : 50 Hz

Jumlah kutub : 2

Harga : $ 2.079

VII.24. Pompa 4

Kode : P-05



45

Fungsi : Memompa refluks MD-01 dengan kapasitas 432,03

kg/jam


Jumlah : 1 unit



Kondisi operasi :

Suction

Tekanan : 2,5 atm

Suhu : 166,09oC

Discharge

Tekanan : 3,4 atm

Suhu : 166,09oC





Frekuensi : 50 Hz

Jumlah kutub : 2

Harga : $ 2079

VII.25. Pompa 5

Kode : P-06

Fungsi : Memompa refluks MD-02 dengan kapasitas 7316,31

kg/jam


Jumlah : 1 unit



Kondisi operasi :

Suction

Tekanan : 1 atm



46

Suhu : 293,81oC

Discharge

Tekanan : 1,2 atm

Suhu : 293,81oC


Head Pompa : 4,68 m



Frekuensi : 50 Hz

Jumlah kutub : 2

Harga : $ 2079

VII.26. Pompa 6

Kode : P-07

Fungsi : memompa bahan dari Heat Exchanger (HE-0) ke Flaker

(FL-01) dengan kapasitas 10358 kg/jam.


Jumlah : 1 unit


Power pompa : 1 hp

Kondisi operasi : Suction

Tekanan : 1 atm

Suhu : 131oC

Discharge

Tekanan : 1,3 atm

Suhu : 131oC





Frekuensi : 50 Hz

Jumlah kutub : 2

Harga : $2726

47

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara dengan Kapasitas 80.000

ton/tahun

BAB VIII

UTILITAS

Utilitas berfungsi untuk menyediakan bahan-bahan yang dibutuhkan untuk

mendukung kelancaran pada sistem produksi di seluruh pabrik.

Unit-unit yang ada di utilitas pabrik phthalic anhydride ini terdiri dari :

1. Unit penyediaan dan pengolahan air (Water System)

2. Unit penyediaan pendingin

3. Unit pembangkit dan pendistribusian listrik

4. Unit penyedia udara tekan

5. Unit pengolahan limbah

VIII.1 UNIT PENYEDIAAN DAN PENGOLAHAN AIR

VIII.1.1. Penentuan Sumber Air

Prarancangan pabrik phthalic anhydride ini direncanakan akan menggunakan air

sungai sebagai sumber air pendingin. Air sungai untuk proses pendinginan

memerlukan make-up water untuk mengganti kehilangan air akibat penguapan yang

terjadi dalam di cooling tower dan yang hilang selama proses berlangsung.

Pemilihan jenis air industri didasarkan pada lokasi pabrik, kondisi lingkungan

dan musim. Penggunaan air laut tentunya memerlukan biaya yang lebih mahal untuk

membangun instalasi utilitas pengolahan air. Jika air sungai digunakan sebagai sumber

air untuk industri, maka hal yang terpenting untuk diperhatikan adalah kondisi sungai

pada berbagai musim. Pada saat musim hujan, kenaikan suspended solid pada air

sungai cukup ekstrim sehingga harus dilakukan antisipasi pada proses sedimentasi.

Selain itu, jika suspended solid dalam air tinggi maka kinerja unit pengolahan limbah

di pabrik akan semakin berat. Sedangkan pada musim kemarau ada kemungkinan

terjadi penyusutan debit air sungai, sehingga menyebabkan kurangnya pasokan air

untuk kebutuhan proses.

Pabrik akan didirikan di Puloampel, Cilegon, Banten. Sungai yang diandalkan

untuk memenuhi kebutuhan masyarakat dan industri di Cilegon adalah sungai Cidanau.

48


ton/tahun

Sungai ini mempunyai debit 1300 - 2000 liter per detik, sehingga memenuhi

perkiraan kebutuhan air pabrik. Namun pada beberapa tahun terakhir, Sungai Cidanau

mengalami penyusutan debit air, sehingga usaha-usaha pengelolaan air mulai

dilakukan. Adanya penyusutan debit ini tentu dapat berarti bahwa dalam beberapa

tahun kedepan, jumlah air sungai akan semakin sedikit, terutama pada musim kemarau.

Untuk mengantisipasi kekeringan yang melanda sungai Cidanau, PT. Krakatau

Tirta Industri membangun Waduk Nadra (Waduk Krakatau Tirta Industri) sebagai

cadangan air baku, dengan luas waduk 1 km2. waduk Nadra memiliki kapasitas

penyimpanan efektif sebesar 3 juta m3, waduk juga dilengkapi dengan 5 buah pompa

sentrifugal dengan kapasitas masing-masing sebesar 1850 m3/jam. Atas dasar tersebut,

dirasa pasokan air untuk keperluan pabrik phthalic anhydride ini aman.

PT. Krakatau Tirta Industri dan PT. Peteka Karya Tirta juga sudah dipercaya

oleh beberapa industri di daerah Cilegon sebagai penyedia air baku untuk industri

seperti PT. Chandra Asri Petrochemical, PT. Krakatau Steel, PT. Asahimas Chemical,

PT. Bayer Material Science, PT. Dong Jin Indonesia, dll. Selain industri, PDAM kota

Cilegon juga sudah bekerja sama dengan PT. Krakatau Tirta Industri untuk penyedian

air bersih untuk beberapa kawasan perumahan di daerah Cilegon. Sehingga sudah

terpercaya dalam penyediaan air baku untuk industri.

VIII.1.2. KEBUTUHAN AIR

Kebutuhan Air pada Unit Penyediaan dan Pengolahan Air meliputi:

49


ton/tahun

Daftar VIII.1. Kebutuhan Air pada Proses Produksi

No Jenis Kebutuhan Jumlah, kg/jam

1. Air untuk sanitas dan Keperluan umum (200 orang)

a. Perkantoran dan perumahan (155 L/orang/hari)

b. MCK (100 L/orang/hari)

Total

Over Design

1291,6667

833,3333

2125,0000

25337,5000

2. Air untuk Pemadam Kebakaran

Over Design

116,8750

128,5630

3. Air untuk Pendingin

a. Flaker (FL-01)

b. Cooler (C-01)

c. Condenser 1 (CD-01)

d. Condenser 2 (CD-02)

e. HE mobiloiltherm (HEU-02)

f. HE dowtherm (HEU-04)

Total

Make up (4%)

7534,2857

30657,9521

119741,4339

85897,0839

511237,9843

61002,0002

32642,8296

5. Jumlah kebutuhan total 818536,8023

Air yang telah digunakan sebagai air pendingin dapat di-recycle guna menghemat

air. Untuk air pendingin, jumlah air make up sebesar 4%, yaitu 32642,8296 kg/jam.

50


ton/tahun

VIII.1.3 UNIT PENGOLAHAN AIR

Pengolahan air didefinisikan sebagai suatu proses peningkatan kualitas sampai

keadaan yang diinginkan. Air banyak digunakan dalam pabrik seperti pada keperluan

umum kantor, dan sistem air pendingin. Pengolahan air sungai untuk menjadi air

keperluan umum dan air pendingin terdiri dari beberapa tahap, diantaranya :

1. SEDIMENTASI

Proses sedimentasi dilakukan dengan cara melewatkan air ke dalam sebuah bak

dengan memanfaatkan gaya gravitasi. Bertujuan untuk mengendapkan lumpur-

lumpur yang berasal dari sungai atau waduk. Kecepatan pengendapan pada tahap ini

bergantung pada berat jenis, bentuk dan ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan

aliran dalam pengendap.

2. KLARIFIKASI

Proses ini mencakup penghilangan padatan terlarut (total dissolved solid),

partikel kecil (total suspended solid) dan partikel-partikel koloid lainnya. Proses

mengelami 3 tahapan, yaitu koagulasi, flokulasi, dan pengendapan. Koagulasi

merupakan proses penetralan dalam air sehingga padatan bisa diendapkan. Proses

dilakukan dengan menambahkan koagulan (bahan kimia penetral muatan) dan

dilakukan pengadukan dengan cepat. Koagulan akan tercampur dengan air tawar

dengan menggunakan agitator. Hasil dari penambahan koagulan adalah terbentuknya

flok yang akan dilanjutkan dengan tahap flokulasi.

Flokulasi adalah proses dimana partikel-partikel dikombinasikan menjadi

gumpalan dengan ditambahkannya bahan kimia pengendap agar dapat dipisahkan

melalui sedimentasi atau filtrasi dan dilakukan pengadukan secara lambat. Tujuan

utama flokulasi ini adalah untuk mengubah partikel kecil yang tidak stabil menjadi

partikel yang lebih besar dan mudah mengendap. Koagulan yang paling umum

digunakan adalah garam organik seperti alumunium sulfat (tawas) atau feri sulfat.

3. FILTRASI

Proses ini bertujuan untuk menyaring suspended matter pada air, mengadsorbsi

gas klorin atau oksidan lain. Prinsip kerja alat ini ialah melewatkan air pada suatu

lapisan berpori-pori sebagai media penyaring.

51


ton/tahun

Alat yang diapakai ialah Sand Filter yang berisikan filter berupa pasir silica,

carbon active dan antrasit. Pasir silica bertugas menyaring suspended matter, carbon

aktif bertugas mengadsorbi gas klorin atau oksidan lain yang dapat membahayakan

resin kation dan resin anion. Karbon juga dapat digunakan untuk menghilangkan rasa,

bau, dan pengotor lainnya. Carbon filter akan mengalami kejenuhan seiring semakin

banyaknya zat yang diadsorb pada permukaanya. Untuk mengembalikan kemampuan

adsorbsi karbon dilakukan dengan mengalirkan air dengan arah yang berkebalikan

(backwash).

4. COOLING TOWER

Air dari bak distribusi dipompa menuju alat-alat yang membutuhkan

pendinginan. Air pendingin yang digunakan untuk mendinginkan alat-alat proses

disirkulasi kembali sehingga dapat digunakan kembali untuk mendinginkan alat-alat

proses, sehingga make up water yang diperlukan tidak terlalu banyak. Air pendingin

dari proses dipompa menuju cooling tower. Fungsi utama cooling tower adalah

mendinginkan kembali air pendingin yang digunakan pada alatalat proses menjadi

30oC sebelum disirkulasikan kembali menuju proses.

Cooling tower merupakan alat yang penting dalam industri kimia. Alat ini

berfungsi sebagai pendingin cooling water yang telah dipakai untuk proses

pendinginan dalam proses. Air keluaran cooling tower akan digunakan kembali

sebagai pendingin, tetapi karena adanya perbedaan konsentrasi antara cairan dan

udara, maka ada sebagian air yang hilang terbawa keluar oleh udara, maka dari itu

proses membutuhkan air make-up agar air pendingin proses selalu tetap jumlahnya.

Dasar operasi cooling tower adalah air pendingin yang bersuhu tinggi di

semprotkan dari bagian atas cooling tower dan dikontakkan dengan udara kering

yang masuk melalui bagian samping cooling tower. Proses tersebut mengakibatkan

suhu air pendingin turun, sehingga dapat disirkulasikan kembali menuju alat-alat

proses.

Di dalam cooling tower, suhu air pendingin mengalami penurunan suhu. Suhu

air pendingin tersebut dapat turun akibat dari 2 hal, yaitu:

Naiknya suhu udara yang masuk melalui bagian samping cooling tower. Udara

yang berkontak dengan air yang bersuhu tinggi, akan mengalami kenaikan seiring

52


ton/tahun

dengan penurunan suhu air. Akan tetapi panas sensibel yang dilepaskan tidak

telalu memberikan dampak besar dalam penurunan suhu air.

Proses perpindahan massa dari badan cairan menuju badan udara, melalui proses

penguapan. Proses penguapan ini membutuhkan panas, panas yang diperlukan

diambil dari badan cairan sendiri, sehingga badan cairan kehilangan panas sebesar

panas penguapan, hal ini mengakibatkan suhu badan cairan turun. Panas laten dari

proses penguapan cukup besar, sehingga suhu air akan turun.

Proses pendinginan di dalam menara berlangsung secara adiabatik. Transfer

massa yang terjadi di dalam cooling tower berlangsung dari arah cairan menuju udara,

melewati bidang interface. Akibat dari adanya perbedaan konsentrasi air dalam

cairan dengan udara, maka transfer massa dapat berlangsung, transfer massa ini

berlangsung dalam bentuk penguapan. Jenis cooling tower sendiri terbagi menjadi 2

berdasarkan prinsip kerjanya, ada cooling tower yang bekerja secara konveksi

alamiah dan ada juga yang bekerja berdasarkan konveksi paksaan.

Cooling tower yang dipilih adalah yang bekerja dengan konveksi paksaan,

sehingga optimasi dari laju udara keluar dan suhu cairan keluar dapat dikontrol.

Usaha yang dilakukan untuk menciptakan kondisi konveksi paksa, kita

membutuhkan fan yang dipasang dibagian atas cooling tower. Perancangan cooling

tower adalah menentukan tinggi menara agar dapat menurunkan suhu air sehingga

mencapai suhu yang diinginkan. Data yang diperlukan adalah kondisi udara masuk,

sehingga dapat diketahui jumlah air yang hilang selama pendinginan. Jika kita

mengetahui jumlah air yang hilang, maka kita akan mengetahui jumlah make up

water yang diperlukan agar jumlah air pendingin selalu tetap.

VIII.1.4. DESKRIPSI PROSES

Air dari Waduk Krakatau Tirta dan Sungai Cidanau di screening dan dipompa

menuju kolam ekualisasi. Tujuannya adalah agar umpan masuk unit sedimentasi tidak

fluktuatif. Selanjutnya dari kolam ekualisasi dialirkan dengan PU-01 menuju Bak

Sedimentasi Awal (BU-01) untuk pengendapan lumpur dan kotoran.

53


ton/tahun

Dari bak sedimentasi di pompa dengan PU-02 menuju Pre-mix Tank (TU-01)

untuk mengendapkan padatan terlarut dengan penambahan tawas dan CaOH, dan

selanjutnya dipompa dengan PU-03 menuju Clarifier (CLU-01) untuk pengendapan

flok-flok yang terbentuk dari Pre-mix Tank. Setelah itu, dari Clarifier dipompa dengan

PU-04 menuju Bak Penampung Sementara (BU-02), lalu dipompa menuju Sand Filter

(FU-01) menggunakan pompa PU-05. Di dalam Sand Filter, air di saring suspended

matter-nya, gas klorin atau oksidan lainnya dihilangkan dengan isian filter berupa pasir

silika, karbon aktif, dan antrasit. Setelah itu dipompa dengan PU-06 menuju Filtered

Water Tank sebelum didistribusikan ke Cold Basin, Kation Exchanger, dan Bak

Klorinasi.

Untuk menuju Bak Klorinasi, air dari Filtered Water Tank dipompa dengan PU-

07. Pada Bak Klorinasi ditambahkan Ca(OCL)2 yang berfungsi sebagai disinfektan pada

air. Setelah itu, Air di pompa dengan PU-08 menuju tangki penyimpanan air (Menara

Air) sebelum dialirkan untuk kebutuhan rumah tangga dan perkantoran.

Dari Filtered Water Tank, air juga dipompa menuju Cold Basin dengan PU-10.

Dari Cold Basin air digunakan untuk proses pendinginan. Setelah digunakan untuk

proses air ditampung di Hot Basin untuk selanjutnya dipompa menuju Cooling Tower

dengan PU-11. Di Cooling Tower, air yang sudah dipakai untuk proses pendinginan

diturunkan suhunya, ditampung pada Cold Water Basin. Lalu air pendingin dialirkan

menuju flaker (FL-01), cooler (C-01), Condenser 1 dan 2 (CD-01 dan CD-02), HE

mobiloiltherm (HEU-02), dan HEU dowtherm (HEU-04) menggunakan Pompa PU-12

sampai PU-17 berurutan.

54


ton/tahun

VIII.1.5 ALAT-ALAT PENGOLAHAN AIR

1. BAK SEDIMENTASI (BU-01)

Tugas : Mengendapkan kotoran dan lumpur yang terbawa air sungai

Jenis : Bak persegi yang diperkuat beton bertulang.

Kondisi

operasi

: T = 30 oC, P = 1 atm.

Spesifikasi :

Turbidity = 850 ppm (gambar 2.1 Powell, 1954)

Air yang diolah (W) = 36864,3367 kg/jam

Suspended solid (Ws) = Turbidity / 106 x W

= 31,3347 kg/jam

Densitas ( ) = 1000 kg/m3

Over design = 20 %

Kapasitas (Q) = 1,2 x (W+Ws) /

= 44,2748 m3/jam

Waktu Tinggal air dalam bak agar diperoleh % Removal Turbidity yang optimum sekitar 4 -

24 jam (Powell S.T., hal 14), sehingga :

Diambil Waktu tinggal (t) = 12 jam

Volume Bak = Q x t

= 531,2977 m3

Dimensi Bak dirancang sebagai berikut :

Panjang (P) = 4 x tinggi

Lebar (L) = 4 x tinggi

55


ton/tahun

Maka :

V = P x L x T

V = 4T x 4T x T

T = 1/3( /16)V

T = 3,2142 m

Sehingga :

Panjang (P) = 12,8568 m

Lebar (L) = 12,8568 m

Untuk waktu 12 jam, suspended solid yang terendapkan sekitar 48% dari Initial Turbidity

(Fig.4 Powell, hal 14)

Sehingga Turbidity Raw setelah diendapkan = 850 ppm x 0,48 = 408 ppm

2. PRE-MIX TANK

Tugas Mencampur Tawas 5% dan CaOH 5%

Jenis : Tangki silinder berpengaduk

Kondisi

operasi

Jumlah

:

:

T = 30 oC, P = 1 atm.

1 buah

Spesifikasi :

Jumlah air yang diolah (W) = 36864,3367 kg/jam

Suspended solid (Ws) = Turbidity / 106 x W

= 15,0406 kg/jam

Massa jenis air () = 1000 kg/m3

56


ton/tahun

Viskositas () = 1 cP

Kapasitas (Q) = (W+Ws) /

= 36,8794 m3/jam = 9743,6053 gal/jam

Kebutuhan tawas 5%

Turbidity Raw Water = 408 ppm.

Dosis Alum = 2,8 grain alum / gal water (Fig.1 Powell, hal 27)

Jumlah Tawas (Wt) = 2,8 x Q x (1 lb/7000 grain) x (1 kg/2,2046 lb)

= 1,7679 kg/jam.

Jumlah Pelarut Tawas (Wp) = (100/5) x Wt

= 35,3570 kg/jam.

Jumlah Larutan Tawas (Wtp) = Wt + Wp

= 37,1249 kg/jam.

Kebutuhan Ca(OH)2 5%

Jumlah Ca(OH)2 (Wc) = Wt = 1,7679 kg/jam.

Jumlah Pelarut Ca(OH)2 (Wp) = (100/5) x Wc

= 35,3570 kg/jam.

Jumlah Larutan Ca(OH)2 (Wcp) = Wc + Wp

= 37,1249 kg/jam.

Total Laju Alir Massa (Wtot) = W + Ws + Wtp + Wcp

= 36953,6271 kg/jam.

Debit Total (Q) = 36,9536 m3/jam.

57


ton/tahun

Dimensi

Waktu tinggal (t) = 5 menit

Over Design = 20%

Volume Bak (V) = 1,2 totx Q x t

= 3,6954 m3

Diameter Tangki (D) = 1/3(4 / )V

= 1,6760 m

Tinggi Tangki (H) = 1,6760 m

Perancangan Pengaduk

Jenis = Marine Propeller dengan 4 Baffle dalam Tangki.

Diameter Pengaduk (Da) = 0,3 D = 0,5028 m

Lebar Pengaduk (W) = 1/5 Da = 0,1006 m

Panjang Pengaduk (L) = 1/4 Da = 0,1257 m

Pengaduk Tangki (C) = 1/3 D = 0,5587 m

Lebar Baffle (J) = 1/12 D = 0,1397 m

(Tabel Geankoplis, hal.155)

Putaran Pengaduk (N) = 420 rpm

(Fig. 10.57, Coulson & Richardson, hal.372)

Power Pengaduk

58


ton/tahun

Bilangan Reynolds (Re) = 2 /Da x N x

= 1769560,8170

Power Number (Np) = 0,3 (Fig.3-4-4, Geankoplis, hal.155)

Power Pengaduk (P) = 3 5Np x N x x Da

= 67,4742 W

= 0,0905 Hp

Power Motor

Efisiensi Motor = 92 % (Fig.4-2, Ulrich, hal.87)

Power Motor (Pm) = 0,0984 Hp

Sehingga digunakan Daya Motor Standard sebesar 0,25 Hp.

3. CLARIFIER

Tugas : Mengendapkan flocs yang terbentuk pada

pencampuran air dengan tawas dan CaOH

Jenis : Circular Clarifier

Kondisi

operasi

Jumlah

:

:

T = 30 oC, P = 1 atm.

1 buah

59


ton/tahun

Spesifikasi :

Debit (Q) = 36,8794 m3/jam.

Densitas () = 1000 kg/m3

Viskositas () = 1 cP

Dari buku Powell hal 47, waktu tinggal dalam clarifier yaitu berkisar 2 - 8 jam

Diambil waktu tinggal (t) = 4 jam

Over Design = 20%.

Volume Bak = 1,2 x Qtot x t

= 177,0210 m3.

Dimensi

Kecepatan Penjernihan Air dalam Clarifier yaitu berkisar antara 1 - 1,3 m3/jam.m2 (Tabel 19-

8, Perry., hal 19-64).

Diambil kecepatan penjernihan air = 1 m3/jam.m2

Kecepatan maksimum air = 1 ft/menit

= 18,2880 m/jam.

Untuk Circular Clarifier tersedia ukuran diameter berkisar 3-130 m (Perry, hal 19)

Perancangan

Jenis = Marine Propeller dengan 4 Baffle dalam Tangki.

Kecepatan air (

prarancangan pabrik phthalic anhydride dari o-xylene dan udara

Documents