perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK BENZENE DARI TOLUENE DAN HIDROGEN KAPASITAS 300.000 TON/TAHUN
Oleh: Tutuk Laksana Wati
I 0506050
Vina Vikryana
I 0506051
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011 commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LEMBAR PENGESAIIAN TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK BENZENE DARI TOLAENE DAN HIDROGEN KAPASITAS
3OO.OOO
TON/TAHUN
Oleh: Tutuk Laksana Wati
I 0506050
Vina Vikryana
r 0506051
Pembimbing II
Bresas S.T. Sembodo" S.T.. M.T. NrP. 1971nA6 t99903 | 002
NrP.19721 t26 200003 2 001
Dipertahankan di depan tim penguji:
1.
YC. Danarto, S.T., M.T. NrP. 19730827 200012 | A0l
2.
Wusana Agung W., S.T., M.T.
ffift^n ,
NIP. 19801005 200501 I 001
2.
$ffi commit to user
4-tt e
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Benzene dari Toluene dan Hidrogen Kapasitas 300.000 Ton / Tahun” ini. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah. 2. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Bregas S.T. Sembodo, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir. 3. Y.C. Danarto, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik dan Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir. 4. Wusana Agung Wibowo, S.T., M.T. selaku Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir. 5. Ir. Arif Jumari, M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS. 6. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya. 7. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya tekimers ’06. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian. Surakarta,
Maret 2011
Penulis
commit to user ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman Judul ...............................................................................................
i
Kata Pengantar................................................................................................
ii
Daftar Isi ........................................................................................................
iii
Daftar Tabel ................................................................................................... viii Daftar Gambar ...............................................................................................
xi
Intisari ........................................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Pendirian Pabrik ..............................................
1
1.2
Kapasitas Rancangan ..............................................................
2
1.2.1 Kebutuhan Benzene di Indonesia ..................................
2
1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku .............................................
4
1.2.3 Kapasitas Pabrik Minimal dan Maksimal di Luar Negeri
4
1.3
Pemilihan Lokasi Pabrik .........................................................
5
1.4
Tinjauan Pustaka .....................................................................
7
1.4.1 Macam-macam Proses Pembuatan Benzene .................
7
1.4.2 Kegunaan Produk ........................................................ 10 1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ............. 11 1.4.3.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku ................... 11 1.4.3.2 Sifat Fisis dan Kimia Produk ............................ 14 1.4.4 Tinjauan Proses ........................................................... 17
commit to user iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1
Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ........................................ 19 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ............................................... 19 2.1.2 Spesifikasi Produk Utama............................................. 19 2.1.3 Spesifikasi Produk Samping ......................................... 20
2.2
Konsep Proses ......................................................................... 20 2.2.1 Mekanisme Reaksi ....................................................... 20 2.2.2 Kondisi Operasi ............................................................ 21 2.2.3 Tinjauan Termodinamika ............................................. 22 2.2.4 Tinjauan Kinetika Reaksi.............................................. 27
2.3
Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ................................ 28 2.3.1 Diagram Alir Proses ..................................................... 28 2.3.2 Tahapan Proses............................................................. 32 2.3.2.1 Tahap Penyimpanan Bahan Baku ..................... 32 2.3.2.2 Tahap Penyiapan Bahan Baku .......................... 32 2.3.2.3 Tahap Pembentukan Produk ............................. 33 2.3.2.4 Tahap Pemurnian Produk ................................. 34
2.4
Neraca Massa dan Neraca Panas ............................................. 35 2.4.1 Neraca Massa .............................................................. 36 2.4.2 Neraca Panas ............................................................... 42
2.5
Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ........................................ 46 2.5.1 Lay Out Pabrik ............................................................. 46 2.5.2 Lay Out Peralatan Proses .............................................. 50
commit to user iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES 3.1 Reaktor ...................................................................................... 53 3.2 Flash Drum ................................................................................ 54 3.3 Menara Destilasi......................................................................... 55 3.4 Vaporizer.................................................................................... 56 3.5 Tangki ........................................................................................ 57 3.6 Condenser .................................................................................. 58 3.7 Reboiler...................................................................................... 60 3.8 Accumulator ............................................................................... 61 3.9 Heat Exchanger.......................................................................... 62 3.10 Furnace ..................................................................................... 63 3.11 Pompa ........................................................................................ 64 3.12 Kompresor.................................................................................. 66 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 4.1
Unit Pendukung Proses ........................................................... 67 4.1.1 Unit Pengadaan Air ...................................................... 68 4.1.1.1 Air Pendingin dan Air Pemadam Kebakaran ... 68 4.1.1.2 Air Konsumsi.................................................. 69 4.1.1.3 Pengolahan Air ............................................... 69 4.1.1.4 Kebutuhan Air................................................. 72 4.1.2 Unit Pengadaan Pendingin Reaktor ............................... 73 4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan........................................ 74 4.1.4 Unit Pengadaan Listrik ................................................ 75
commit to user v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
4.1.4.1 Listrik untuk keperluan proses dan utilitas........ 75 4.1.4.2 Listrik untuk penerangan .................................. 77 4.1.4.3 Listrik untuk AC .............................................. 79 4.1.4.4 Listrik untuk laboratorium dan instrumentasi.... 79 4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar ....................................... 80 4.2
Laboratorium .......................................................................... 81 4.2.1 Laboratorium Fisik .................................................... 83 4.2.2 Laboratorium Analitik ............................................... 83 4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan .............. 84
4.3
Unit Pengolahan Limbah.......................................................... 84
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1
Bentuk Perusahaan .................................................................. 88
5.2
Struktur Organisasi ................................................................. 89
5.3
Tugas dan Wewenang ............................................................. 94 5.3.1 Pemegang Saham ........................................................ 94 5.3.2 Dewan Komisaris ........................................................ 94 5.3.3 Dewan Direksi ............................................................. 95 5.3.4 Staf Ahli ...................................................................... 96 5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ...................... 96 5.3.6 Kepala Bagian .............................................................. 97 5.3.7 Kepala Seksi ................................................................. 100
5.4
Pembagian Jam Kerja Karyawan ............................................. 101 5.4.1 Karyawan Non Shift ..................................................... 101
commit to user vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
5.4.2 Karyawan Shift............................................................. 101 5.5
Status Karyawan dan Sistem Upah .......................................... 103
5.6
Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ................. 104 5.6.1 Penggolongan Jabatan .................................................. 104 5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji .......................................... 104
5.7
Kesejahteraan Sosial Karyawan ............................................... 107
BAB VI ANALISIS EKONOMI 6.1
Penaksiran Harga Peralatan ..................................................... 110
6.2
Penentuan Total Capital Investment (TCI) .............................. 113 6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment)......................... 114 6.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) .................... 115
6.3
Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost) ......................... 116 6.3.1 Manufacturing Cost....................................................... 116 6.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) ................ 116 6.3.1.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) ................ 116 6.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) .................. 117 6.3.2 General Expense (GE) .................................................. 117
6.4
Keuntungan Produksi ............................................................... 118
6.5
Analisis Kelayakan .................................................................. 118
Daftar Pustaka ............................................................................................... xiii Lampiran
commit to user vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Impor Benzene Indonesia .....................................................
3
Tabel 1.2 Data Pabrik Penghasil Benzene di Indonesia ................................
4
Tabel 2.1 Harga Hfo dan Gfo .................................................................... 22 Tabel 2.2 Neraca Massa pada Tee1 .............................................................. 36 Tabel 2.3 Neraca Massa pada Vaporizer 1 (VP-01) ..................................... 36 Tabel 2.4 Neraca Massa pada Tee2 .............................................................. 37 Tabel 2.5 Neraca Massa pada Tee3 .............................................................. 37 Tabel 2.6 Neraca Massa pada Tee4 .............................................................. 38 Tabel 2.7 Neraca Massa pada Reaktor ......................................................... 38 Tabel 2.8 Neraca Massa pada Flash drum 1 (FD-01).................................... 39 Tabel 2.9 Neraca Massa pada Tee5 .............................................................. 39 Tabel 2.10 Neraca Massa pada Flash drum 2 (FD-02).................................... 40 Tabel 2.11 Neraca Massa pada Tee6 .............................................................. 40 Tabel 2.12 Neraca Massa pada Menara Distilasi 1 (MD-01)........................... 41 Tabel 2.13 Neraca Massa pada Menara Distilasi 2 (MD-02)........................... 41 Tabel 2.14 Neraca Massa Total ..................................................................... 42 Tabel 2.15 Neraca Panas pada Vaporizer........................................................ 42 Tabel 2.16 Neraca Panas pada Furnace .......................................................... 43 Tabel 2.17 Neraca Panas pada Reaktor........................................................... 43 Tabel 2.18 Neraca Panas pada Condensor 1 (CD-01) ..................................... 43 Tabel 2.19 Neraca Panas pada Flash Drum 1 (FD-01).................................... 44
commit viiito user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Tabel 2.20 Neraca Panas pada Flash Drum 2 (FD-02).................................... 44 Tabel 2.21 Neraca Panas pada Menara Destilasi 1 (MD-01) ........................... 45 Tabel 2.22 Neraca Panas pada Menara Destilasi 2 (MD-02) ........................... 45 Tabel 2.23 Neraca Panas pada Total .............................................................. 46 Tabel 3.1 Spesifikasi Reaktor ...................................................................... 53 Tabel 3.2 Spesifikasi Flash Drum ................................................................ 54 Tabel 3.3 Spesifikasi Menara Destilasi ........................................................ 55 Tabel 3.4 Spesifikasi Vaporizer ................................................................... 56 Tabel 3.5 Spesifikasi Tangki ....................................................................... 57 Tabel 3.6 Spesifikasi Condensor ................................................................. 58 Tabel 3.7 Spesifikasi Reboiler ..................................................................... 60 Tabel 3.8 Spesifikasi Accumulator .............................................................. 61 Tabel 3.9 Spesifikasi Heat Exchanger ......................................................... 62 Tabel 3.10 Spesifikasi Furnace ..................................................................... 63 Tabel 3.11 Spesifikasi Pompa ........................................................................ 64 Tabel 3.12 Spesifikasi Kompresor ................................................................. 66 Tabel 4.1 Kebutuhan air pendingin............................................................... 72 Tabel 4.2 Kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi.................................. 73 Tabel 4.3 Kebutuhan listrik untuk keperluan proses dan utilitas.................... 76 Tabel 4.4 Jumlah Lumen berdasarkan luas bangunan.................................... 78 Tabel 4.5 Total kebutuhan listrik pabrik ....................................................... 79 Tabel 5.1 Jadwal pembagian kelompok shift ................................................ 102 Tabel 5.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatan .............................................. 104
commitixto user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ....................................... 106 Tabel 6.1 Indeks Harga Alat ........................................................................ 111 Tabel 6.2 Modal Tetap ................................................................................ 114 Tabel 6.3 Modal Kerja ................................................................................. 115 Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost .......................................................... 116 Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost ........................................................ 116 Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost ........................................................... 117 Tabel 6.7 General Expense .......................................................................... 117 Tabel 6.8 Analisis Kelayakan ...................................................................... 120
commitx to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Grafik Data Impor Benzene di Indonesia ................................
3
Gambar 1.2
Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik ............................................
7
Gambar 2.1
Diagram Alir Proses................................................................. 29
Gambar 2.2
Diagram Alir Kualitatif ........................................................... 30
Gambar 2.3
Diagram Alir Kuantitatif ......................................................... 31
Gambar 2.4
Layout Pabrik........................................................................... 49
Gambar 2.5
Layout Peralatan Proses ........................................................... 52
Gambar 4.1
Skema Pengolahan Air Laut .................................................... 71
Gambar 4.2
Skema Pengolahan Air KTI ..................................................... 72
Gambar 4.3
Skema Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) ...................... 86
Gambar 5.1
Struktur Organisasi Pabrik Benzene ......................................... 93
Gambar 6.1
Chemical Engineering Cost Index ........................................... 112
Gambar 6.2
Grafik Analisis Kelayakan ...................................................... 121
commit to user xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
INTISARI Tutuk Laksana Wati dan Vina Vikryana, 2011, Prarancangan Pabrik Benzene dari Toluene dan Hidrogen Kapasitas 300.000 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Benzene banyak digunakan sebagai bahan pelarut dalam ekstraksi maupun distilasi, juga digunakan sebagai bahan baku pembuatan senyawa lain seperti styrene, phenol, aniline, dan chlorobenzene. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik benzene dengan kapasitas 300.000 ton/tahun dengan bahan baku toluene 401.516,153 ton/tahun dan gas hidrogen 10.890.511,46 m3/tahun pada 30 oC dan tekanan 25 atm. Dengan memperhatikan beberapa faktor, seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, serta utilitas, maka lokasi pabrik yang cukup strategis adalah di Kawasan Industri Cilegon, Banten. Peralatan proses yang ada antara lain vaporizer, kompresor, furnace, reaktor, kondensor parsial, flash drum, menara distilasi, dan pompa. Benzen dihasilkan dari reaksi toluene dan hidrogen dalam Reaktor Alir Pipa (RAP) Multitube pada kondisi non isotermal non adiabatik pada suhu 621 – 648 oC dan tekanan 25 atm. Produk gas dari reaktor masuk Kondensor Parsial untuk diembunkan sebagian menjadi campuran uap dan cair, kemudian diumpankan ke dalam Flash Drum untuk memisahkan gas hidrogen dan gas metana dari campuran tersebut. Gas hidrogen yang terpisah direcycle sebanyak 68,9% dan sisanya dijadikan fuel gas pada Furnace. Produk cair yang mengandung benzene, sisa toluene dan diphenyl dipisahkan dalam Menara Distilasi untuk mendapatkan benzene dengan kemurnian 99,93%berat. Sisa toluene dan diphenyl dipisahkan lagi dengan Menara Distilasi untuk mendapatkan produk samping diphenyl dengan kemurnian 98,67%berat. Sedangkan toluene sisa di-recycle untuk bereaksi lagi membentuk benzene. Utilitas terdiri dari unit penyediaan air pendingin, pendingin reaktor (molten salt), tenaga listrik, penyediaan bahan bakar, dan unit pengolahan limbah. Terdapat tiga laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik, dan laboratorium penelitian dan pengembangan, untuk menjaga kualitas bahan baku dan produk. Perusahaan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift . Hasil analisis ekonomi terhadap prarancangan pabrik benzene diperoleh total investasi sebesar US$ 153.548.755 dan total biaya produksi US$ 356.600.737. Hasil analisis kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 79,99% dan setelah pajak 59,99%, POT sebelum pajak 1,1 tahun dan setelah pajak 1,4 tahun, BEP 54,08%, SDP 46,19% dan DCF sebesar 29,52%. Berdasar analisis ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik benzene dengan kapasitas 300.000 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.
commit to user xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Pendirian Pabrik Memasuki era perdagangan bebas, Indonesia dituntut untuk mampu
bersaing dengan negara lain dalam bidang industri. Perkembangan industri di Indonesia sangat berpengaruh pada ketahanan ekonomi Indonesia yang akan menghadapi banyak persaingan di pasar bebas nanti. Sektor industri kimia banyak memegang peranan dalam memajukan perindustrian di Indonesia. Inovasi proses produksi maupun pembangunan pabrik baru yang berorientasi pada pengurangan ketergantungan kita pada produk impor maupun untuk menambah devisa negara sangat diperlukan, salah satunya dengan pembangunan pabrik benzene. Benzene merupakan salah satu produk petrokimia yang berbentuk cincin tunggal dan merupakan senyawa aromatis dengan rumus molekul C6H6. Senyawa ini berupa cairan jernih yang bersifat volatile, mudah terbakar, dan beracun. Benzene mempunyai fungsi yang sangat penting dalam menunjang pembangunan sektor industri. Dalam industri, benzene banyak digunakan sebagai bahan pelarut dalam ekstraksi maupun distilasi. Selain itu benzene juga digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan senyawa kimia organik lain (intermediet) dari produk-produk komersial, antara lain : styrene, phenol, cyclohexane, aniline, alkylbenzene dan chlorobenzene (Mc. Ketta, 1977). Hingga saat ini sebagian benzene masih diimpor dari Amerika, Australia, dan Jepang. Dengan didirikannya Pabrik benzene di Indonesia, kemungkinan
commit to user 1
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 2
impor dapat dikurangi. Bahkan apabila produksi sudah melebihi kebutuhan dalam negeri benzene dapat menjadi produk ekspor. Bahan baku pembuatan benzene adalah toluene dan gas Hidrogen. Untuk bahan baku toluene dapat dipenuhi oleh PT. Pertamina RU IV, sedangkan untuk gas Hidrogen dapat dipenuhi oleh PT. Air Liquide Indonesia. Selain pertimbangan tersebut, pendirian pabrik ini juga didasarkan pada hal-hal sebagai berikut : 1. Menciptakan lapangan kerja baru, yang berarti dapat mengurangi jumlah pengangguran. 2. Memacu pertumbuhan industri-industri baru yang menggunakan bahan baku benzene. 3. Mengurangi ketergantungan impor dari negara asing. 4. Meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta menghemat devisa negara. 5. Meningkatkan kualitas sumber daya manusia Indonesia lewat alih teknologi. Dari berbagai pertimbangan di atas dapat disimpulkan bahwa sangat diperlukan pendirian pabrik benzene di Indonesia. 1.2
Kapasitas Rancangan Ada beberapa pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam pemilihan
kapasitas pabrik benzene yaitu : 1.2.1
Kebutuhan Benzene di Indonesia Kebutuhan benzene di Indonesia hampir setiap tahun mengalami
peningkatan. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik Indonesia, perkembangan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 3
jumlah impor benzene Indonesia sejak tahun 2005 dapat dilihat pada Tabel 1.1. Tabel 1.1
Data Impor Benzene Indonesia
Tahun
Jumlah (ton)
2005
187.554,005
2006
110.252,885
2007
106.204,189
2008
143.348,768
2009
163.182,653 (Badan Pusat Statistik Indonesia, 2010)
Grafik Data Impor Benzene Indonesia 200000 180000
y = 19593,3876x - 39202978,49
160000
Jumlah
140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Tahun
Gambar 1.1 Grafik Data Impor Benzene di Indonesia Dari Gambar 1.1 diperoleh suatu persamaan regresi linier untuk mengetahui kebutuhan benzene pada tahun 2015 :
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 4
y = (19593,387 X) – 39202978,49 y = (19593,387 x 2015 ) – 39202978,49 y = 277.696,315 ton 1.2.2
Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku benzene adalah toluene dan gas hidrogen. Toluene diperoleh
dari PT. Pertamina RU IV, Cilacap. Sedangkan gas hidrogen diperoleh dari PT. Air Liquide, Cilegon, sehingga ketersediaan bahan baku tidak menjadi masalah, karena cukup tersedia. 1.2.3
Kapasitas Pabrik Minimal dan Maksimal di Luar Negeri Untuk memproduksi benzene harus diperhitungkan juga kapasitas produksi
yang menguntungkan. Kapasitas produksi secara komersial yang telah ada terlihat pada Tabel 1.2. Tabel 1.2 Data Pabrik Penghasil Benzene di Dunia Pabrik
Kapasitas (ton)
Dow Chemical, USA
752.000
Exxon Corp.
50.000
USX Corp.
23.000
Solomon Inc.
17.000
Shell Oil Co.
685.000 (Kirk and Othmer, 1991)
Dari Tabel 1.2 dapat diketahui kapasitas produksi minimal di dunia sebesar 17.000 ton/tahun. Sedangkan kebutuhan benzene di dalam negeri adalah sebesar 277.696,315 ton/tahun. Maka dapat disimpulkan bahwa kapasitas pabrik
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 5
benzene sebesar 300.000 ton/tahun, sehingga diharapkan : 1. Dapat memenuhi kebutuhan benzene dalam negeri. 2. Dapat memberikan keuntungan karena kapasitas rancangan berada diatas kapasitas terkecil pabrik yang ada di dunia. 3. Dapat merangsang berdirinya industri-industri lainnya yang menggunakan bahan baku benzene. 1.3
Pemilihan Lokasi Pabrik Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh yang sangat besar
terhadap keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam menentukan lokasi pabrik antara lain, penyediaan bahan
baku, pemasaran
produk, transportasi dan tenaga kerja. Berdasarkan tinjauan tersebut maka lokasi pabrik benzene ini dipilih di Cilegon, Banten dengan pertimbangan sbb : a.
Penyediaaan bahan baku Toluene sebagai bahan baku pembuatan benzene diperoleh dari PT. Pertamina RU IV, Cilacap. Sedangkan gas hidrogen diperoleh dari PT. Air Liquide, Cilegon. Orientasi pemilihan ditekankan pada jarak lokasi sumber bahan baku dengan pabrik cukup dekat. Terutama bahan baku gas hidrogen yang akan disalurkan oleh PT. Air Liquide dengan jalur perpipaan.
b.
Letak pabrik terhadap daerah pemasaran Benzene merupakan bahan intermediet yaitu bahan untuk membuat produk seperti cumene, ethylbenzene, alkylbenzene, styrene, cyclohexane, nitrobenzene, detergen alkilat, dan sebagainya.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 6
Daerah Cilegon merupakan daerah yang tepat untuk daerah pemasaran karena banyaknya industri kimia yang menggunakan bahan baku benzene diantaranya : 1. Industri alkylbenzene yang diproduksi PT. Unggul Indah Corporation 2. Industri ethylbenzene yang diproduksi PT. Stirindo Mono Indonesia c.
Transportasi Kawasan industri Cilegon dekat dengan pelabuhan laut Merak, telah ada sarana transportasi jalan raya, sehingga mempermudah sistem pengiriman bahan baku dan produk.
d. Tenaga kerja Kawasan industri Cilegon terletak di daerah Jawa Barat dan Jabotabek yang syarat dengan lembaga pendidikan formal maupun non formal dimana banyak dihasilkan tenaga kerja ahli maupun non ahli, sehingga tenaga kerja mudah didapatkan. e. Utilitas Utilitas yang diperlukan seperti air, bahan baku dan tenaga listrik dapat dipenuhi karena lokasi terletak di kawasan industri.
Penyediaan air, untuk kebutuhan air minum dan sanitasi diperoleh dari PT. Krakatau Tirta Industri, sedangkan untuk kebutuhan proses menggunakan air laut dari Selat Sunda.
Penyediaan tenaga listrik, diperoleh dari PLN dan generator pabrik.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 7
Gambar 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik 1.4
Tinjauan Pustaka
1.4.1
Macam-macam macam Proses Pembuatan Benzene Pada awalnya benzene enzene sebagian besar diproduksi dari bahan baku minyak
bumi dan batubara. Akan tetapi disamping pembuatan benzene dari batu bara dan minyak bumi dikenal pula adanya proses sintesis. Proses ini menggunakan bahan bakunya dari bahan aromatis yang sudah jadi, seperti toluene dan xylene ylene. Proses pembuatan benzene dengan cara sintesis dikembangkan mengingat kebutuhan benzene terus meningkat. at. Macam-macam Macam proses sintesis adalah : 1. Catalytic Extraction Reforming (CRE) Catalytic reforming adalah proses yang dikembangkan untuk mengubah naphthalene dan paraffin yang ada dalam gasoline yang mempunyai angka oktan rendah menjadi tinggi dan mengandun mengandung
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 8
senyawa aromatis. Untuk mempercepat reaksi, proses ini berlangsung dengan bantuan katalis platinum-alumina. Reaksinya meliputi: a. Isomerisasi Paraffin b. Hydrocracking c. Dehidrogenasi Cyclohexane d. Isomerisasi/Dehidrogenasi Cyclopentane e. Dehidrosikliasi Paraffin Salah satu proses yang termasuk catalytic reforming adalah Platforming (UOP, Inc). Proses ini dioperasikan pada suhu 495-525oC dan tekanan 0,8-5MPa (Mc. Ketta, 1977). 2. Hidrodealkilasi (HDA) Hidrodealkilasi dikembangkan untuk mengubah higher aromatis menjadi benzene. Proses ini memproduksi benzene dengan kemurnian tinggi. Proses ini berlangsung pada suhu dan tekanan tinggi dan dibantu hidrogen. Dengan adanya hidrogen akan menghilangkan gugus alkil pada senyawa aromatis sehingga menghasilkan benzene dan gas parafin ringan. HDA dapat dilakukan secara thermal ataupun katalitik. Hidrodealkilasi thermal dioperasikan pada suhu 1000-1470oF dan tekanan 200-1000 lb/in2 gauge, sedangkan catalytic hydrodealkylation pada suhu 930-1100oF dan tekanan 590-875 lb/in2 gauge. Reaksi yang terjadi adalah: C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4 (Mc. Ketta, 1977)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 9
3. Disproporsionasi toluene Proses ini dikembangkan dari 2 toluene menjadi benzene dan xylene. Salah satu contoh proses ini adalah Proses Tatoray. Proses Tatoray berlangsung pada suhu 350-530oC dan tekanan 1-5 MPa (10 – 50 atm). Hasil yang diperoleh biasanya 37% benzene dan 55% xylene. Reaksi yang terjadi: 2 C6H5CH3 → C6H6 + C6H4(CH3)2 (Kirk and Othmer, 1991) 4. Pirolisa Gasoline Pirolisa gasoline atau dripolene adalah hasil samping dari produksi etilena. Dengan umpan senyawa hidrokarbon ringan seperti ethane dan propane, dripolene akan terbentuk. Kandungan senyawa aromatis dripolene sekitar 65%, dimana 50% adalah benzene. Benzene dan senyawa aromatis lainnya hanya dapat diperoleh setelah melewati proses hidrogenasi dan desulfurisasi. Proses ini untuk menghilangkan senyawa tidak stabil seperti olefin dan senyawa sulfur yang merusak senyawa aromatis (Mc. Ketta, 1977). Dari beberapa proses pembuatan benzene, proses yang dipilih adalah Proses Hidrodealkilasi (HDA). Proses ini menghasilkan benzene dengan kemurnian tinggi. Proses Hidrodealkilasi (HDA) merupakan reaksi penggantian gugus alkil dengan adanya hidrogen dimana dapat terjadi pada suhu dan tekanan tertentu. Proses ini sering dijumpai pada senyawa aromatis dimana hidrogen mengganti gugus alkil dalam ikatan cincin menghasilkan senyawa aromatis utama
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 10
dan gas parafin ringan. Pada proses ini dikenal dua macam proses yaitu hidrodealkilasi termal dan katalitik. Dalam perancangan ini proses yang digunakan adalah hidrodealkilasi termal. Proses ini berlangsung pada suhu 10001470oF dan tekanan 200-1000 lb/in2 gauge. Reaksi bersifat eksotermik. Reaksi utama: CH3 + H2 →
+ CH4
Reaksi samping: 2
→
+ H2 (Mc. Ketta, 1977)
Keuntungan HDA termal diantaranya: non katalitik, produk samping yang dihasilkan lebih sedikit, dan tidak terbentuk coke. 1.4.2 Kegunaan Produk Benzene merupakan salah satu produk petrokimia yang sangat penting untuk pembuatan bahan kimia, antara lain : 1. Ethylbenzene Ethylbenzene ini mempunyai kegunaan untuk industri styrene, divinylbenzene, polystyrene, resin ion exchanger. 2. Cumene Cumene ini dimanfaatkan dalam pembuatan fenol yaitu bahan pembuat lem, solvent, indikator fenolftalein, dan lain sebagainya.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 11
3. Nitrobenzene Nitrobenzene digunakan dalam pembuatan poliuretan, herbisida, dan anilin. Dimana anilin berguna sebagai pelarut, bahan dasar zat warna dan bahan peledak. 4. Cyclohexane Cyclohexane bermanfaat untuk industri nilon 6 dan nilon 66 yaitu bahan baku dalam industri tekstil dan untuk pembuatan plasticizer. 5. Detergen alkilat Detergen alkilat digunakan pada pembuatan detergen dan zat aditif minyak pelumas. 6. Chlorobenzene Chlorobenzene sebagai bahan pembuat DDT, bahan insektisida lain, dan phenol. 7. Maleic anhydride Maleic anhydride sebagai bahan baku fumarat dan poliester resin. (Mc. Ketta, 1977) 1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk 1.4.3.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku a. Toluene Sifat fisis
Berat molekul
: 92,14
Titik leleh, oC
: -95
Titik didih, oC
: 110.6
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 12
Temperatur kritis, oC
: 318.65
Tekanan kritis, MPa
: 4,108
Densitas, g/cm3
: 0,8623
Viskositas, cp
Gas
: 0,00698
Liquid
: 0,5068
Kapasitas panas, J/mol.K Gas
: 104,7
Liquid
: 156,5
Panas pembentukan, kJ/mol
: 50,17
Panas penguapan, kJ/mol
: 38,26
Panas pembakaran, kJ/mol
: -3734 (Kirk and Othmer, 1991)
Sifat kimia
Hidrogenasi termal dari toluene akan menghasilkan benzene, methane dan diphenyl.
CH3
+ CH3
(toluene)
H2
+ CH4
(benzene) (methane)
(diphenyl)
Dengan oksigen (oksidasi) dalam fase cair dan katalis Br-Co-Mn menghasilkan asam benzoat.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 13
CH3
O2,Br,Co,Mn COOH
50oC
(asam benzoat)
(toluene)
Oksidasi parsial menghasilkan stilbene 2
CH3
O katalis
(toluene)
CH=CH
+ H2O
(stilbene) (Kirk and Othmer, 1991)
b. Hidrogen Sifat fisis
Berat molekul
: 2,016
Titik leleh, oC
: - 256,6
Titik didih, oC
: - 252,7
Temperature kritis, oC
: -239.97
Tekanan kritis, kPa
: 1315
Panas penguapan, J/mol
: 911,3
Densitas, g/cm3 (pada 30 oC 25 atm)
: 0.002 (Kirk and Othmer, 1991)
Sifat kimia
Hidrogen bereaksi dengan sejumlah oksida logam pada suhu tinggi untuk menghasilkan logam dan air. FeO + H2 →
Fe + H2O
Cr2O3 + 3 H2 → 2 Cr + H2O
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 14
Dibawah kondisi tertentu, hidrogen bereaksi dengan nitrit oksida menghasilkan nitrogen. 2 NO + 2 H2 → N2 + 2 H2O (Kirk and Othmer, 1991)
1.4.3.2 Sifat Fisis dan Kimia Produk a. Benzene Sifat fisika
Berat molekul
: 78,115
Titik beku, oC
: 5,530
Titik didih, oC
: 80,094
Densitas, g/cm3 Pada 20oC
: 0,8789
Pada 25oC
: 0,8736
Tekanan uap, kPa
: 12,6
Viskositas, cp
: 0,6010
Temperature kritis, oC
: 289,01
Tekanan kritis, kPa
: 4,898 x 103
Panas pembentukan, kJ/mol
Gas
: 82,93
Liquid
: 49,08
Panas pembakaran, kJ/mol
: 3,2676 x 103
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 15
Panas penguapan, kJ/mol
: 33,899
Kelarutan dalam H2O, g / 100 g H2O
: 0,180 (Kirk and Othmer, 1991)
Sifat kimia
Oksidasi Benzene dioksidasi dengan permanganate atau dikromat menjadi air dan karbondioksida. C6H6 MnO4/Cr2O3 CO2 + H2O (benzene) (Kirk and Othmer, 1991) Oksidasi fase uap dengan udara dan katalis vanadium pentoksida menjadi maleic anhydride. C6H6 + 4 O2 (benzene)
V2 O5
C4H2O3 + 2 CO2 (maleic anhydride)
+ H2 O
(Mc. Ketta, 1977) Benzoquinone adalah produk samping oksidasi benzene pada suhu 410-430oC. Oksidasi dengan hidrogen peroksida menghasilkan phenol. Phenol dapat juga diperoleh dengan mengoksidasi benzene dalam fase uap pada suhu 450-800oC tanpa menggunakan katalis (Kirk and Othmer, 1977).
Reduksi Pada suhu kamar dan tekanan biasa, benzene baik senyawa tunggal ataupun dalam pelarut hidrokarbon dapat direduksi menjadi cyclobenzene (dengan hydrogen dan katalis nickel atau cobalt).
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 16
Hidrogenasi katalitik benzene fase uap berlangsung pada suhu sekitar 200oC. H2, Ni, Co
200 oC
(benzene)
(cyclobenzene) (Kirk and Othmer, 1991)
Halogenasi Produk substitusi atau adisi diperoleh dengan halogenasi benzene. Benzene direaksikan dengan Br2 dan Cl2 (katalis halida logam) akan diperoleh chlorobenzene dan bromobenzene. Chlorobenzene dihasilkan
melalui
reaksi
pada
fase
cair dengan
katalis
molybdenum chloride dan kondisi operasinya pada suhu 30-50oC dan tekanan atmosfer. C6H6 + Cl2 C6H6 + Br2
FeCl3 FeBr3
C6H5Cl + HCl C6H5Br2 + HCl (Kirk and Othmer, 1991)
Nitrasi Benzene dinitrasi menjadi nitrobenzene. Proses nitrasi dengan menggunakan campuran asam nitrat dan sulfat pekat pada suhu 5055oC akan menghasilkan nitrobenzene yang lebih besar sekitar 95%. + HNO3 + H2SO4
50-55oC
(benzene)
NO2 + H3O+ + HSO4(nitrobenzene) (Kirk and Othmer, 1991)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 17
Sulfonasi Benzene bereaksi dengan asam sulfat (uap) pada suhu ruangan menghasilkan asam benzene sulfonat. Dalam asam sulfat uap ditambahkan sulfur trioksida (SO3). Sulfonasi dapat juga dilakukan dengan asam sulfat saja, tetapi reaksinya lebih lambat. H2SO4 pekat 25oC
+ SO3
SO3H 50%
(benzene)
(benzene sulfonat) (Kirk and Othmer, 1991)
Alkilasi Hasil alkilasi benzene seperti ethylbenzene dan cumene diproduksi dengan mereaksikannya dengan etilen dan propilen. Reaksi berlangsung baik dalam fase uap maupun cair. Katalis yang digunakan seperti BF3, aluminium chloride (AlCl3) atau asam poliphospat (Kirk and Othmer, 1991).
+ (CH3)2CHCl
AlCl 30oC
(isopropil klorida)
CH(CH3)2 + HCl (cumene) (Fessenden & Fessenden, 1986)
1.4.4 Tinjauan Proses Dalam pembuatan Benzene ini digunakan proses hidrodealkilasi dengan bahan baku toluene (C7H8) dan gas hidrogen (H2) yang direaksikan dalam Reaktor Alir Pipa (RAP) multitube dimana reaksi dijaga pada suhu optimum 621 – 648 oC
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 18
(dari range suhu reaksi 537 – 798 oC) tekanan 25 atm. Reaksi yang terjadi reaksi hidrodealkilasi atau reaksi pemecahan gugus metil dari toluene untuk membentuk benzene dan methane: C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4 (Mc. Ketta, 1977) Umpan toluene diuapkan dalam vaporizer untuk kemudian dicampur dengan gas hidrogen dan dipanaskan dengan furnace sebelum masuk reaktor. Di dalam reaktor, toluene dan hidrogen bereaksi membentuk benzene dan methane serta hasil samping diphenyl fase gas. Setelah bereaksi, gas keluaran dari reaktor masuk ke kondensor parsial untuk dikondensasikan menjadi campuran uap-cair. Campuran tersebut kemudian masuk ke dalam flash drum untuk memisahkan semua gas hidrogen dan gas methane yang terikut dalam produk. Benzene dan diphenyl serta sisa toluene yang tidak bereaksi, kemudian dipisahkan menggunakan Menara Distilasi (MD). Produk benzene memiliki kemurnian 99,93% berat dan produk samping berupa diphenyl dengan kemurnian 98,67% berat.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB II DESKRIPSI PROSES
2.1
Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
2.1.1
Spesifikasi Bahan Baku a. Toluene (C7H8) Wujud
: cairan jernih tanpa endapan
Kemurnian
: min. 98,5 % berat
Impuritas
: C6H6 ( maks. 1,5 % berat )
Densitas
: 0,865 – 0,870 (pada 20oC) (www.pertamina.com)
b. Hidrogen (H2) Wujud
: gas
Kemurnian
: 99,99 % berat
Impuritas
: CH4 (0,01 % berat) (www.uk.airliquide.com)
2.1.2
Spesifikasi Produk Utama Benzene (C6H6) Wujud
: cairan jernih
Kemurnian
: min. 99,90 % berat
Impuritas
: C7H8 (maks. 0,05% berat) Non-aromatis (maks. 0,01% berat) (www.pertamina.com)
commit to user 19
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 20
2.1.3
Spesifikasi Produk Samping Diphenyl (C12H10) Wujud
: Cairan berwarna kuning
Kemurnian
: min. 98,5 % berat
Impuritas
: C7H8 ( maks. 1,5 % berat ) (www.merck-chemicals.co.id)
2.2
Konsep Proses
2.2.1 Mekanisme Reaksi Proses pembuatan benzene dengan cara hidrodelakilasi toluene dilakukan dalam reaktor alir pipa (tubular reactor), dimana gas toluene dan hidrogen dimasukkan bersamaan ke dalam reaktor melalui bagian tube reaktor. Di dalam reaktor terjadi reaksi: C6H5CH3 (g) + H2 (g) → C6H6 (g) + CH4 (g) Reaksi samping: 2 C6H6 (g) C12H10 (g) + H2 (g) Hidrodealkilasi termal ini menghasilkan produk utama benzene dan reaksi samping menghasilkan diphenyl. Pada proses HDA termal terjadi dealkilasi dengan cara substitusi karena adanya hidrogen. Dealkilasi ini pada dasarnya adalah reaksi pemutusan ikatan CC yaitu karbon yang dimiliki ikatan cincin dengan karbon pada gugus metan (CH3) dengan adanya hidrogen. Mekanismenya adalah sebagai berikut :
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 21
H2 ↔ H* + H* C6H5CH3 + H* → C6H5* + CH4 C6H5* + H2 → C6H6 + H* H* + H* ↔ H2 (Mc. Ketta, 1977) 2.2.2 Kondisi Operasi
Temperatur Penentuan temperatur reaksi di reaktor harus memperhatikan fase reaksi dan tinjauan secara termodinamika, untuk itu temperatur reaksi dijaga pada suhu optimum 621 – 648 oC (dari range suhu reaksi 537 – 798 o
C). Hal ini didasarkan pada temperatur tersebut dihasilkan konversi dan
selektivitas optimum. Jika temperatur melebihi range tersebut maka akan terjadi hydrocracking sehingga konversi reaksi akan turun. Sedangkan jika suhu di bawah range suhu tersebut, reaksi akan berjalan lambat (Mc. Ketta, 1977).
Tekanan Tekanan operasi dalam reaktor ditentukan sebesar 25 atm (dari range 14,6 – 69,1 atm) dengan tinjauan bahwa kondisi reaktan dalam reaktor berada dalam fase gas. Pada prarancangan pabrik benzene ini rasio mol reaktan antara toluene dengan hidrogen yang digunakan adalah 1 : 5, sehingga akan diperoleh konversi sebesar 85% terhadap toluene dan selektivitas sebesar 93%, dimana selektivitas disini adalah % mol benzene baru yang terbentuk
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 22
dari toluene yang bereaksi untuk membentuk benzene tersebut (Mc. Ketta, 1977). Reaksi dijalankan pada kondisi non isotermal non adiabatik dimana reaksi dijaga pada suhu optimum 621 – 648 oC (dari range suhu reaksi 537 – 798 oC). Untuk menjaga reaksi berjalan pada keadaan tersebut, maka digunakan pendingin berupa molten salt. Reaktor yang sesuai untuk reaksi fase gas dan dengan pendinginan adalah Reaktor Alir Pipa (RAP) multitube. 2.2.3 Tinjauan Termodinamika Untuk menentukan sifat reaksi (eksotermis/endotermis) dan arah reaksi (reversible/irreversible), maka perlu perhitungan dengan menggunakan panas pembentukan standar (∆Hfo) pada 1 atm dan 298 K dari reaktan dan produk. Tabel 2.1 Harga ∆Hf o dan ∆Gf o Komponen
∆Hf o, kJ/mol
∆Gf o, kJ/mol
H2
0
0
CH4
-74,520
- 50,460
C 6 H6
82,930
129,665
C 7 H8
50,170
122,050
C10H12
182,090
280,080 (Yaws, 1999)
Pada proses pembentukan benzene terjadi reaksi berikut : C6H5CH3 (g) + H2 (g) → C6H6 (g) + CH4 (g) Reaksi samping: 2 C6H6 (g) C12H10 (g) + H2 (g)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 23
Sehingga didapatkan, a. Untuk reaksi utama C6H5CH3 (g) + H2 (g) → C6H6 (g) + CH4 (g) i. Panas reaksi standar (∆HR o) ∆HRo
= ∑ ∆Hf o produk - ∑ ∆Hf o reaktan
∆HRo
= ( ∆Hfo C6H6 + ∆Hfo CH4 ) – (∆Hfo C6H5CH3 + ∆Hfo H2) = (82,930 + (-74,520) ) – (50,170 + 0) = - 41,760 kJ/mol
Karena ∆HRo bernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis. ∆H920 pada suhu reaksi 647oC (920 K) adalah : dH
= Cp.dT
∆H920
=
920K
Cp. dT
298K
∆H920
= [ ∑ Cp produk - ∑ Cp reaktan ] dT
∆H920
= 215.542,596 J/mol – 218.501,396 J/mol
∆H920
= -2.958,8 J/mol
∆H
= ∆HR o + ∆H920 = - 41.760 – 2.958,8 = - 44.718,8 J/mol
ii. Konstanta kesetimbangan (K) pada keadaan standar o
Gf = - RT ln K
Dimana: 0
Gf
: Energi Gibbs pada keadaan standar (T = 298 oK, P = 1 atm), J/mol
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 24
∆HR o : Panas reaksi, J/mol K
: Konstanta Kesetimbangan
T
: Suhu standar =298 K
R
: Tetapan Gas Ideal = 8,314 J/mol.K
sehingga Go dari reaksi tersebut adalah : Gf
o
= Gfo produk - Gfo reaktan
Gfo
= ( ∆G C6H6 + ∆G CH4 ) – ( ∆G C6H5CH3 + ∆G H2) = (129,665+ (- 50,460) ) – (122,050 + 0) = - 42,845 kJ/mol o
ln K 298
ΔG f 42.845 J/mol = RT 8,314 J/mol.K . 298 K
= 17,293
= 3,238 x 107
K298
iii. Konstanta kesetimbangan (K) pada T = 647 oC = 920 K
ΔH R K ln 1 K 298 R
0
1 1 T2 T1
Dengan : K298 = Konstanta kesetimbangan pada 298 K K1
= Konstanta kesetimbangan pada suhu operasi
T1
= Suhu standar (25 oC = 298 K)
T2
= Suhu operasi (647 oC = 920 K)
R
= Tetapan Gas Ideal = 8,314 J/mol.K
∆HR o = Panas reaksi standar pada 298 K
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 25
ln
K1 41.760 J/mol 1 1 7 8,314 J/mol.K 920 K 298 K 3,238 x 10
ln
K1 = - 11,395 3,238 x 10 7 K1 3,238 x 10 7
1,124x10-5
=
K1
= 363,951 Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi
berlangsung searah, yaitu ke kanan (irreversible). b. Untuk reaksi samping (K2) 2 C6H6 (g) C12H10 (g) + H2 (g) i. Panas reaksi standar (∆HR o) ∆HRo
= ∑ ∆Hf o produk - ∑ ∆Hf o reaktan
∆HRo
= ( ∆Hfo C12H10 + ∆Hfo H2 ) – ( 2. ∆Hfo C6H6 ) = ( 182,090 + 0 ) – ( 2 x 82,930) = 16,230 kJ/mol
Karena ∆HRo bernilai positif maka reaksi bersifat endotermis. ∆H920 pada suhu reaksi 647oC (920 K) adalah : dH
= Cp.dT
∆H920
=
920K
Cp. dT
298K
∆H920
= [ ∑ Cp produk - ∑ Cp reaktan ] dT
∆H920
= 51.031,638 J/mol – 237.830,396 J/mol
∆H920
= - 186.798,758 J/mol
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 26
= ∆HR o + ∆H920
∆H
= 16.230 – (- 186.798,758) = 203.028,758 J/mol ii. Konstanta kesetimbangan (K) pada keadaan standar Gf0 = - RT ln K
Dimana: Gf0 : Energi Gibbs pada keadaan standar (T = 298 oK, P = 1 atm), J/mol
∆HR o : Panas reaksi, J/mol K
: Konstanta Kesetimbangan
T
: Suhu standar = 298 K
R
: Tetapan Gas Ideal = 8,314 J/mol.K
sehingga Go dari reaksi tersebut adalah : Gf
o
= Gfo produk - Gfo reaktan
Gfo
= ( ∆G C12H10 + ∆G H2 ) – ( 2 x ∆G C6H6) = ( 280,080 + 0 ) – ( 2 x 129,665 ) = 20,750 kJ/mol o
ln K 298
K298
ΔG f - 20.750 J/mol = RT 8,314 J/mol.K . 298 K
= - 8,375
= 2,305 x 10-4
i. Konstanta kesetimbangan (K) pada T = 647 oC = 920 K
ln
K2 ΔHr 0 K 298 R
1 1 T2 T1
Dengan : K298 = Konstanta kesetimbangan pada 298 K
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 27
K2
= Konstanta kesetimbangan pada suhu operasi
T1
= Suhu standar (25 oC = 298 K)
T2
= Suhu operasi (647 oC = 920 K)
R
= Tetapan Gas Ideal = 8,314 J/mol.K
∆HR o = Panas reaksi standar pada 298 K
ln
K2 - 16.230 J/mol 1 1 -4 8,314 J/mol.K 920 K 298 K 2,305x10
ln
K2 = 4,429 2,305x10 -4
K2 2,305x10 -4
83,838
=
K2
= 0,019 Karena harga konstanta kesetimbangan K2 relatif kecil, maka reaksi
berlangsung bolak-balik (reversible). 2.2.4 Tinjauan Kinetika Reaksi Proses hidrodealkilasi (HDA) toluene menjadi benzene pada fase gas dan non-catalytic, reaksi yang terjadi adalah: Reaksi 1 :
C7H8 + H2 → C6H6 + CH4
Reaksi 2 dan 3 :
2 C6H6 C12H10 + H2
Hidrogen dan toluene bereaksi membentuk benzene dan metana pada reaksi 1, dan diphenil terbentuk pada reaksi kedua. Reaksi kedua merupakan reaksi reversible, sehingga reaksi yang membentuk diphenil disebut reaksi 2 dan reaksi kebalikannya disebut reaksi 3.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 28
Persamaan kecepatan reaksi dikalkulasi dan didapatkan nilai sebagai berikut: r = 3.6858. 10 . exp r = 0.62717. exp r = 0.08124. exp
2.5616. 10 − T
1.5362. 10 − T 1.2237. 10 − T
PP
.
P PP
Dimana r1. r2 dan r3 dalam lbmol/(min.ft3), T dalam K, dan Pj dalam psia (www.engr.uky.edu) 2.3
Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses
2.3.1 Diagram Alir Proses Diagram alir prarancangan pabrik benzene dari toluene dan hidrogen dapat ditunjukan dalam tiga macam, yaitu : a. Diagram alir proses (Gambar 2.1) b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.2 ) c. Diagram alir kuantitatif ( Gambar 2.3 )
commit to user
29
No. Komponen 1 2 3 4 5
H2 CH4 C6 H6 C7 H8 C12H10 Jumlah
Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 4 Arus 5 Arus 6 Arus 7 Arus 8 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 6460.000 5404.237 5404.237 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1162.5358 9948.136 9948.136 6.541 7.240 0.699 6.541 44.437 312.000 39831.714 39831.714 50689.943 63362.204 12672.261 50689.943 59415.489 59432.000 8914.800 8914.800 0.000 0.000 0.000 0.000 6.548 6.548 3274.197 3274.197 50696.484 63369.444 12672.960 50696.484 59466.473 67373.084 67373.084 67373.084
Laju Alir Massa Overall (kg/jam) Arus 9 Arus 10 Arus 11 Arus 12 Arus 13 Arus 14 Arus 15 Arus 16 Arus 17 Arus 18 Arus 19 Arus 20 Arus 21 5404.237 1683.420 3720.817 2739.183 6460.000 0.000 0.000 1683.420 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1659.446 516.918 1142.529 20.007 1162.536 8288.689 8288.689 8805.607 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 388.618 121.054 267.563 0.000 267.563 39443.096 1547.207 1668.262 37895.889 37857.993 37.896 0.000 37.896 23.981 7.470 16.511 0.000 16.511 8890.819 95.039 102.509 8795.780 26.387 8769.393 43.847 8725.546 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 3274.197 0.000 0.000 3274.196 0.000 3274.196 3267.649 6.548 7476.283 2328.862 5147.421 2759.190 7906.610 59896.801 9930.935 12259.797 49965.866 37884.380 12081.485 3311.496 8769.989
30
DIAGRAM ALIR KUALITATIF PABRIK BENZENE
H2 CH4 T=30 oC P=25 atm
T=44,4oC P=25 atm H2 CH4 C6H6 C7H8 T=189,49oC P=25 atm
H2 CH4 C6H6 C7H8
T=110,83 C P=1 atm C6H6 C7H8 C12H10
FD 1
Kondenser
T=5oC P=1 atm
V-1
H2 CH4 C6H6 C7H8 C12H10
Tee2 T=110,78oC P=1 atm
T=647oC P=25 atm
H2 CH4 C6H6 C7H8 C12H10 T=638,7oC P=25 atm
CH4 C6H6 C7H8 C12H10 T=10,16oC P=15 atm C6H6 C7H8 C12H10
H2 CH4 C6H6 C7H8
CH4 C6H6 C7H8 Produk Benzene C6H6 C7H8 T=80,24oC P=1 atm
FD 2 V-2
T=5oC P=1 atm C6H6 C7H8 C12H10
T=85,05oC P=1 atm
MD 1
T=112,07oC P=1 atm
vaporizer C6H6 C7H8 C12H10
C6H6 C7H8 C12H10 T=86,64oC P=1 atm Tee1
Reaktor
Fuel gas T=-15,79oC P=1 atm
Tee6
H2 V-3 CH4 C6H6 C7H8 T=10,16oC P=15 atm
T=25oC P=25 atm
Furnace Tee3
H2 T=10,16oC CH4 P=15 atm C6H6 T=-53,72oC C7H8 P=1 atm
Tee5
H2 T=119,51oC CH4 C6H6 P=25 atm C7H8
o
C6H6 C7H8 T=30oC P=1 atm
Recycle 68,9 % H2 T=10,16oC CH4 P=15 atm C6H6 C7H8
T=54,43oC P=25 atm
Tee4
MD 2
C6H6 C7H8 C12H10 T=117,6oC P=1 atm
C6H6 C7H8 T=80oC P=1 atm C7H8 C12H10 T=245,07oC P=1 atm
Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif
30
31
DIAGRAM ALIR KUANTITATIF PABRIK BENZENE
H2 CH4
2739,183 20,007 2759,190
Recycle 68,9 % H2 3720,817 CH4 1142,529 C6H6 267,563 16,511 C7H8 5147,421
Tee4
purge H2 1683,420 516,918 CH4 C6H6 121,054 7,470 C7H8 2328,862 Tee5
Fuel gas 1683,420 H2 8805,607 CH4 C6H6 1668,262 102,509 C7H8 12259,797
Tee6
V-3
H2 6460,000 CH4 1162,536 C6H6 267,563 16,511 C7H8 7906,610
H2 CH4 C6H6 C7H8 Tee3
Furnace
Reaktor
H2 6460,000 CH4 1162,535 C6H6 312,000 C7H8 59432,000 C12H10 6,549 67373,084
C6H6 44,437 C7H8 59415,489 C12H10 6,548 59466,473
Kondenser
H2 5404,237 9948,135 CH4 C6H6 39831,715 C7H8 8914,800 C12H10 3274,197 67373,084
V-1
CH4 8288,689 C6H6 1547,207 95,039 C7H8 9930,935 Produk Benzene
CH4 8288,689 C6H6 39443,096 C7H8 8890,819 C12H10 3274,197 59896,801
Tee2
V-2
C6H6 37857,993 26,387 C7H8 37884,380
FD 2
C6H6 37895,889 C7H8 8795,780 C12H10 3274,197 49965,866
C6H6 37,896 C7H8 8725,546 C12H10 6,548 8769,989
C6H6 7.240 C7H8 63362.204 63369.444
FD 1
5404,237 1659,446 388,618 23,981 7476,283
MD 1
vaporizer C6H6 7.240 C7H8 63362.204 63369.444
C6H6 6,541 C7H8 50689,943 50696,484
Tee1
C6H6 0.699 C7H8 12672.261 12672.960
MD 2 C6H6 37,896 C7H8 8769,393 C12H10 3274,197 12081,485
C7H8 43,847 C12H10 3267,649 3311,496
Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif
31
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 32
2.3.2 Tahapan Proses Proses pembuatan benzene dengan reaksi hidrodealkilasi toluene dapat dibagi menjadi empat tahap, yaitu : 1. Tahap Penyimpanan Bahan Baku 2. Tahap Persiapan Bahan Baku 3. Tahap Pembentukan Produk 4. Tahap Pemurnian Produk Penjelasan berdasarkan gambar 2.1 mengenai masing-masing tahapan adalah sebagai berikut : 2.3.2.1 Tahap Penyimpanan Bahan Baku Bahan baku toluene (C7H8) disimpan pada fase cair dengan suhu 300 C dan tekanan 1 atm dalam tangki penyimpanan (T-01). Sedangkan Hidrogen (H2) disalurkan melalui pipa dari pabrik penghasil hidrogen dengan suhu 30oC dan tekanan 25 atm. Bahan baku toluene (C7H8) diperoleh di pasaran dengan kemurnian 99.9% berat, sedangkan Hidrogen (H2) diperoleh dengan kemurnian 99,99% berat. 2.3.2.2 Tahap Penyiapan Bahan Baku Toluene cair dari tangki penyimpanan dengan kondisi 30oC dan tekanan 1 atm digunakan sebagai pendingin di kondensor parsial MD-02 (CD-03) sehingga suhunya naik menjadi 80oC. Kemudian masuk ke vaporizer (VP-01) untuk mengubah fasenya menjadi fase gas. Campuran cair dan gas yang dihasilkan dipisahkan dalam separator 1 (SP-01) dengan kondisi suhu 110,78oC dan tekanan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 33
1 atm, hasil bawah yang berupa cair akan dikembalikan untuk dicampur dengan umpan toluene cair. Sedangkan hasil atas separator yang berupa gas dicampur dengan recycle hasil atas Menara Distilasi 2 (MD-02). Campuran tersebut kemudian dinaikkan tekanannya dengan compressor 1 (C-01) menjadi 25 atm. Gas hydrogen dengan suhu 30oC dan tekanan 1 atm dicampur dengan recycle hasil atas flash drum 1 (FD-01) yang telah dinaikkan tekanannya menjadi 25 atm dengan compressor 2 (C-02). Kemudian campuran gas tersebut dicampur dengan toluene dari C-01. Campuran gas hidrogen dan toluene kemudian dinaikkan suhunya dengan furnace menjadi 647oC sebelum diumpankan kedalam reaktor. 2.3.2.3 Tahap Pembentukan Produk Reaksi yang terjadi dalam reaktor : C6H5CH3 (g) + H2 (g) → C6H6 (g) + CH4 (g) Reaksi samping: 2 C6H6 (g) C12H10 (g) + H2 (g) Bahan baku yang telah disiapkan dimasukkan dalam reaktor yang beroperasi secara non isotermal dan non adiabatik dimana reaksi dijaga pada suhu optimum 621 – 648 oC (dari range suhu reaksi 537 – 798 oC). Gas toluene dan hidrogen dimasukkan bersama ke bagian tube reaktor. Di dalam reaktor terjadi reaksi pembentukan benzene dan sedikit diphenyl. Toluene yang bereaksi 85% dari toluene yang diumpankan ke reaktor. Reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis, sehingga akan melepaskan panas yang dapat menaikkan suhu dalam reaktor, panas yang dihasilkan dari reaksi ini diserap oleh media pendingin
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 34
molten salt yang dialirkan di dalam shell. Molten salt masuk pada suhu 148oC dan keluar pada suhu 174,02oC. Sedangkan kondisi gas keluar reaktor yaitu pada suhu 638,7oC dan tekanan 25 atm. 2.3.2.4 Tahap Pemurnian Produk Tahap ini bertujuan untuk memisahkan produk sehingga diperoleh produk benzene yang mempunyai kemurnian tinggi. Produk reaktor yang berupa gas, terdiri dari toluene tak bereaksi, benzene, diphenyl, hidrogen sisa dan methane yang bersuhu 638,7oC digunakan sebagai pemanas di reboiler MD-02 (RB-02) sehingga suhunya turun menjadi 376,85oC. Kemudian digunakan sebagai pemanas di reboiler MD-01 (RB-01) sehingga suhunya menjadi 276,85oC. Setelah itu digunakan lagi sebagai pemanas di VP-01 sehingga keluar pada suhu 126,85oC. Lalu gas tersebut dikondensasikan di kondensor parsial (CD-01) sehingga fasenya berubah menjadi campuran gas-cair. Campuran gas dan cair yang dihasilkan dipisahkan dalam flash drum 1 (FD-01) sehingga tekanannya turun menjadi 15 atm. Hasil atas yang berupa gas sebagian di-recycle (68,9%) untuk dicampur dengan umpan hidrogen segar dan sebagian lagi dilewatkan expansion valve sehingga tekanannya akan turun menjadi 1 atm. Hasil bawah FD-01 yang berupa cair masuk ke flash drum 2 (FD-02) sehingga tekannya turun menjadi 1 atm. Penurunan tekanan akan mengakibatkan sebagian cairan berubah menjadi gas. Hasil atas yang berupa gas akan dicampur dengan hasil atas keluaran dari FD-01 yang tekanannya telah diturunkan, kemudian digunakan juga sebagai fuel gas (bahan bakar furnace). Sedangkan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 35
hasil bawah yang berupa cairan akan digunakan sebagai pendingin di kondensor parsial 1 (CD-01). Kemudian diumpankan ke menara distilasi 1 (MD-01) pada suhu 85,05oC. Produk utama benzene dengan kemurnian 99,93% berat diperoleh dari hasil atas MD-01. Hasil atas menara distilasi diembunkan dalam kondensor total (CD-02) dan kemudian didinginkan dalam heat exchanger 1 (HE-01) sehingga produk menara distilasi suhunya turun menjadi 40oC dan akan disimpan ke dalam tangki penyimpanan produk benzene (T-02). Sedangkan hasil bawah yang masih banyak mengandung toluene diumpankan ke menara distilasi 2 (MD-02). Sehingga diharapkan toluene yang akan direcycle mengandung maks. 0,05% diphenyl yang dihasilkan dalam reaksi. Di dalam MD-02 toluene akan terpisah sebagai hasil atas menara distilasi. Uap jenuh hasil atas menara distilasi diembunkan dalam kondensor parsial (CD03), hasil cairnya dimasukkan kembali ke dalam menara sebagai refluk dan hasil uapnya direcycle untuk dicampur dengan toluene segar. Sedangkan dari hasil bawah MD-02 dihasilkan produk samping diphenyl. Setelah didinginkan di dalam heat exchanger 2 (HE-02) sampai suhunya 40oC baru disimpan dalam tangki penyimpan diphenyl (T-03). 2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas Produk
: Benzene 99,93% berat
Kapasitas
: 300.000 ton/tahun
Satu tahun produksi
: 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 36
2.4.1. Neraca Massa Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan
: kg/jam
Neraca massa prarancangan pabrik benzene sesuai dengan gambar 2.3.
Tabel 2.2 Neraca Massa pada Tee1
Komponen
Masuk (kg/jam) Arus 1
Keluar (kg/jam)
Arus 3
Arus 2
C6H6
6,541
0,699
7,240
C7H8
50.689,943
12.672,261
63.362,204
50.696,484
12.672,960
63.369,444
Total
63.369,444
63.369,444
Tabel 2.3 Neraca Massa pada Vaporizer 1 (VP-01)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 2
Arus 3
Arus 4
C6H6
7,240
0,699
6,541
C7H8
63.362,204
12.672,261
50.689,943
63.369,444
12.672,960
50.696,484
Total
50.696,484
commit to user
50.696,484
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 37
Tabel 2.4 Neraca Massa pada Tee2 Komponen
Masuk (kg/jam) Arus 4
Keluar (kg/jam)
Arus 21
Arus 5
C6H6
6,541
37,896
44,437
C7H8
50.689,943
8.725,546
59.415,489
0,000
6,548
6,548
50.696,484
8.769,989
59.466,473
C12H10 Total
59.466,473
59.466,473
Tabel 2.5 Neraca Massa pada Tee3
Komponen
Masuk (kg/jam) Arus 5
Keluar (kg/jam)
Arus 13
Arus 6
H2
0,000
6.460,000
6.460,000
CH4
0,000
1.162,536
1.162,536
C6H6
44,437
267,563
312,000
C7H8
59.415,489
16,511
59.432,000
6,548
0,000
6,548
59.466,473
7.906,610
67.373,084
C12H10 Total
67.373.0837
commit to user
67.373.0837
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 38
Tabel 2.6 Neraca Massa pada Tee4 Komponen
Masuk (kg/jam) Arus 11
Keluar (kg/jam)
Arus 12
Arus 13
H2
3.720,817
2.739,183
6.460,000
CH4
1.142,529
20,007
1.162,536
C6H6
267,563
0,000
267,563
C7H8
16,511
0,000
16,511
5147,421
2.759,190
7.906,610
Total
7.906,610
7.906,610
Tabel 2.7 Neraca Massa pada Reaktor Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 6
Arus 7
H2
6.460,000
5.404,237
CH4
1.162,536
9.948,136
C 6 H6
312,000
39.831,714
C 7 H8
59.432,000
8.914,800
6,548
3.274,197
67.373.084
67.373.084
C12H10 Total
67.373.084
67.373.084
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 39
Tabel 2.8 Neraca Massa pada Flash drum 1 (FD-01)
Komponen
Masuk (kg/jam) Arus 8
Keluar (kg/jam) Arus 9
Arus 14
H2
5.404,237
5.404,237
0,000
CH4
9.948,136
1.659,446
8.288,689
C6H6
39.831,714
388,618
39.443,096
C7H8
8.914,800
23,981
8.890,819
C12H10
3.274,197
0,000
3.274,197
67.373,084
7.476,283
59.896,801
Total
67.373,084
67.373,084
Tabel 2.9 Neraca Massa pada Tee5
Komponen
Masuk (kg/jam) Arus 9
Keluar (kg/jam) Arus 10
Arus 11
H2
5.404,237
1.683,420
3.720,817
CH4
1.659,446
516,918
1.142,529
C6H6
388,618
121,054
267,563
C7H8
23,981
7,470
16,511
7.476,283
2.328,862
5147,421
Total
7.476,283
commit to user
7.476,283
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 40
Tabel 2.10 Neraca Massa pada Flash drum 2 (FD-02)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 14
Arus 15
Arus 17
CH4
8.288,689
8.288,689
0,000
C6H6
39.443,096
1.547,207
37.895,889
C7H8
8.890,819
95,039
8.795,780
C12H10
3.274,197
0,000
3.274,196
59.896,801
9.930,935
49.965,866
Total
59.896,801
59.896,801
Tabel 2.11 Neraca Massa pada Tee6
Komponen H2
Masuk (kg/jam) Arus 10
Keluar (kg/jam)
Arus 15
Arus 16
1.683,420
0,000
1.683,420
CH4
516,918
8.288,689
8.805,607
C6H6
121,054
1.547,207
1.668,262
C7H8
7,470
95,039
102,509
2.328,862
9.930,935
12.259,797
Total
12.259,797
commit to user
12.259,797
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 41
Tabel 2.12 Neraca Massa pada Menara Distilasi 1 (MD-01)
Komponen
Masuk (kg/jam) Arus 17
Keluar (kg/jam) Arus 18
Arus 19
C6H6
37.895,889
37.857,993
37,896
C7H8
8.795,780
26,387
8.769,393
C12H10
3.274,196
0,000
3.274,196
49.965,866
37.884,380
12.081,485
Total
49.965,866
49.965,866
Tabel 2.13 Neraca Massa pada Menara Distilasi 2 (MD-02)
Komponen
Masuk (kg/jam) Arus 19
Keluar (kg/jam) Arus 20
Arus 21
C6H6
37,896
0,000
37,896
C7H8
8.769,393
4,847
8.725,546
C12H10
3.274,196
3.267,649
6,548
12.081,485
3.311,496
8.769,989
Total
12.081,485
commit to user
12.081,485
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 42
Tabel 2.14 Neraca Massa Total Input (kg/jam)
Output (kg/jam)
Komponen Arus 1 H2
Arus 12
0,00 2.739,18
Jumlah
Arus 16
Arus 18 0,00
0,00
1.683,42
0,00
8.805,61
0,00
20,00
20,01 8.805,60
0,00
C 6 H6
6,54
0,00
6,54 1.668,26
37.857,99
C 7 H8
50.689,94 0,00
Jumlah
0,00 50.689,94 0,00
102,51
0,00
0,00
26,39
172,74
0,00 3.267,65
3.267,65 53.455,67
2.4.2. Neraca Panas Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan
: kJ/jam
Tabel 2.15 Neraca Panas pada Vaporizer
Q umpan(arus 2)
Q input (kJ)
Q output (kJ)
6.886.058,006
0,000
Q vapor(arus 4)
0,000
5.384.339,717
Q liquid(arus 3)
0,000
527.362,127
Q penguapan
0,000
15.946.025,148
14.971.669,986
0,000
21.857.726,992
21.857.726,992
Q pemanas Total
commit to user
0,00 39.526,25 43,85
53.455,67
Komponen
Jumlah
2.739,18 1.683,42
CH4
C12H10
Arus 20
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 43
Tabel 2.16 Neraca Panas pada Furnace Komponen
Q input (kJ)
Q output (kJ)
Q umpan(arus 6)
24.284.562,435
0,000
Q keluar(arus 7)
0,000
233.299.698,565
209.015.136,129
0,000
233.299.698,565
233.299.698,565
Q pemanas Total
Tabel 2.17 Neraca Panas pada Reaktor Komponen
Q input (kJ)
Q output (kJ)
Q umpan(arus 7)
233.299.698,565
0,000
Q produk(arus 8)
0,000
223.775.892,687
Q pendingin
0,000
9.523.805,898
233.299.698,565
233.299.698,565
Total
Tabel 2.18 Neraca Panas pada Condensor 1 (CD-01) Komponen
Q input (kJ)
Q output (kJ)
Q umpan(arus 8)
25.392.955,028
Q keluar(vapor)
0,000
178,576
Q keluar(liquid)
0,000
438,530
Q pendingin
0,000
25.392.337,923
25.392.955,028
25.392.955,028
Total
commit to user
0,000
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 44
Tabel 2.19 Neraca Panas pada Flash drum 1 (FD-01) Komponen
Q input (kJ)
Q output (kJ)
Q umpan(arus 8)
- 251.970,918
0,000
Q vapor(arus 9)
0,000
- 1.580.938,156
Q liquid(arus 14)
0,000
-3.581.180,522
Q penguapan
0,000
4.910.147,759
Total
- 251.970,918
251.970,918
Tabel 2.20 Neraca Panas pada Flash drum 2 (FD-02) Komponen
Q input (kJ)
Q output (kJ)
Q umpan(arus 14)
- 251.971,030
0,000
Q vapor(arus 15)
0,000
- 3.615.127,713
Q liquid(arus 17)
0,000
- 1.736.206,519
Q penguapan
0,000
5.099.363,202
Total
- 251.971,030
- 251.971,030
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 45
Tabel 2.21 Neraca Panas pada Menara distilasi 1 (MD-01) Komponen Q umpan(arus 17)
Q input (kJ)
Q output (kJ)
5.455.029,377
0,000
Q top(arus 18)
0,000
3.825.900,712
Q bottom(arus 19)
0,000
2.038.172,702
Q kondensor
0,000
24.528.980,000
24.938.024,037
0,000
30.393.053,414
30.393.053,414
Q reboiler Total
Tabel 2.22 Neraca Panas pada Menara distilasi 2 (MD-02) Komponen Q umpan(arus 19)
Q input (kJ)
Q output (kJ)
2.035.809,658
0,000
Q top(arus 21)
0,000
1.063.802,797
Q bottom(arus 20)
0,000
1.446.319,957
Q kondensor
0,000
3.726.268,439
4.146.652,548
0,000
6.182.462,206
6.182.462,206
Q reboiler Total
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 46
Tabel 2.23 Neraca Panas Total Komponen
Q output (kJ)
Q arus 1
434.907,400
0,000
Q arus 12
249.980,407
0,000
Q arus 16
0,000
-6.005.148,527
Q arus 18
0,000
3.825.900,712
Q arus 20
0,000
1.446.319,957
Q pendingin
0,000
210.432.951,794
209.015.136,129
0,000
209.700.023,936
209.700.023,936
Q pemanas Total
2.5
Q input (kJ)
Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses
2.5.1. Lay Out Pabrik Lay out pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja dari para karyawan serta keselamatan proses. Pada prarancangan pabrik ini, tata letak dari pabrik dapat dilihat pada Gambar 2.4. Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik ini adalah : 1. Pabrik benzene ini merupakan pabrik baru (bukan pengembangan) sehingga penentuan lay out tidak dibatasi oleh bangunan yang ada.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 47
2. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa mendatang. 3. Fakor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan, maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan panas, bahan yang mudah meledak dan jauh dari asap atau gas beracun. 4. Sistem konstruksi yang direncanakan adalah outdoor unutk menekan biaya bangunan dan gedung, dan juga iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secara outdoor. 5. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian pengaturan ruangan/lahan. Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu : 1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol Daerah administrasi merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual. 2. Daerah proses Daerah proses merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung. 3. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk Daerah penyimpanan bahan baku dan produk merupakan daerah untuk tempat bahan baku dan produk.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 48
4. Daerah gudang, bengkel dan garasi Daerah gudang, bengkel dan garasi merupakan daerah yang digunakan untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses. 5. Daerah utilitas Daerah utilitas merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan. (Vilbrandt, 1959)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 49
Pintu Darurat Ruang Generator
Area Perluasan
Utilitas
UPL
PROSES
Pemadam Kebakaran
KANTOR
mushola
kantin
Parkir Parkir
Skala
Keterangan :
Taman
:
Arah jalan
Gambar 2.4 Lay Out Pabrik
commit to user
= 1 : 1000
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 50
2.5.2 Lay Out Peralatan Proses Lay out peralatan proses adalah tempat dimana alat-alat yang digunakan dalam proses produksi. Tata letak peralatan proses pada prarancangan pabrik ini dapat dilihat pada Gambar 2.5. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pada pabrik benzene, antara lain : 1. Aliran udara Aliran udara di dalam dan di sekitar peralatan proses perlu diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja. 2. Cahaya Penerangan sebuah pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan. 3. Lalu lintas manusia Dalam perancangan lay out peralatan perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalankan tugasnya juga diprioritaskan. 4. Pertimbangan ekonomi Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 51
5. Jarak antar alat proses Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan. (Vilbrandt, 1959)
commit to user
52
FURNACE
CD-01
CD-03
RB-02
Gambar 2.5 Lay Out Peralatan Proses
52
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES
3.1
Reaktor Tabel 3.1 Spesifikasi Reaktor
Kode
R-01
Fungsi
Tempat terjadinya reaksi
toluene dan gas hidrogen
menjadi benzene Tipe
Reaktor Alir Pipa (RAP) Multitube
Kondisi operasi - Tekanan
25 atm
- Suhu
621 – 648 oC
Spesifikasi shell - Diameter
0,991 m
- Tebal
5/16 in
- Material
Carbon Steel SA 213 TP-304
Spesifikasi tube - Diameter
0,032 m
- Tebal
1/4 in
- Pitch
15/16 in
- Susunan
triangular
- Jumlah
307
- Panjang
6m
- Material
Carbon Steel SA 213 TP-304
Bentuk head
Elliptical dished head
commit to user 53
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 54
Tebal head
3 16 in
Panjang head
0,371 m
Jumlah reactor
6 buah disusun paralel
Panjang total reactor
40,457 m
3.2
Flash Drum Tabel 3.2 Spesifikasi Flash Drum
Kode
FD-01
FD-02
Fungsi
Memisahkan komponen gas Memisahkan komponen gas H2 dari produk reaktor
Tipe
CH4 dari keluaran FD-01
Tangki horisontal
Kondisi operasi - Tekanan
15 atm
1 atm
- Suhu
10,16 oC
5 oC
- Diameter
1,676 m
1,219 m
- Tebal
3/16 in
3/16 in
- Panjang
4,756 m
4,781 m
Spesifikasi drum
Material
Carbon Steel SA 283 grade C
Bentuk head
Elliptical dished head
Torispherical dished head
Tebal head
3 16 in
3 16 in
Panjang head
0,500 m
0,251 m
Panjang total
5,756 m
5,282 m
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 55
3.3
Menara Distilasi Tabel 3.3 Spesifikasi Menara Distilasi
Kode
MD-01
MD-02
Fungsi
Memisahkan antara C6H6
Memisahkan antara C7H8
dengan C7H8
dengan C12H10
Tipe
Tray Tower
Jumlah plate
40
11
Plate umpan
Di antara plate 22 dan 23
Di antara plate 2 dan 3
1 atm
1 atm
Kondisi operasi - Tekanan
o
- Suhu umpan
85,053 C
117,502 oC
- Suhu Bottom
117,604 oC
311,935 oC
- Suhu Top
67,275 oC
112,072 oC
- Diameter
2,934 m
1,264 m
- Tray spacing
0,6 m
0,6 m
Bag. atas
3/8 in
3/16 in
Bag. bawah
1/2 in
1/4 in
Dimensi menara
- Tebal
Bahan konstruksi
Carbon Steel SA 283 grade C
Bentuk head
Torispherical dished head
Tebal head -
Bag. atas
1 4 in
1 4 in
-
Bag. bawah
3 8 in
1 4 in
Panjang head
0,567 m
0,263 m
Tinggi menara
37,279 m
13,737 m
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 56
3.4
Vaporizer Tabel 3.4 Spesifikasi Vaporizer
Kode
VP-01
Fungsi
Menguapkan bahan baku C7H8 sebelum masuk reaktor
Tipe
Kettle Vaporizer
Kondisi operasi - Tekanan
1 atm
- Suhu
110,78 oC
Spesifikasi HE - Jenis
Kettle Vaporizer
- Luas tr. panas
145.79 m2
Spesifikasi shell -
Diameter
0,2032 m
-
Jumlah pass
1
-
Material
Carbon Steel SA 268 T-430
Spesifikasi tube - Diameter
0.0195 m
- Pitch
15/16 in
- Susunan
Triangular
- Jumlah pass
2
- Jumlah tube
32
- Panjang
1.8288 m
- Material
Carbon Steel SA 268 T-430
Bentuk head
Torispherical dished head
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 57
3.5
Tangki Tabel 3.5 Spesifikasi Tangki
Kode
T-01
T-02
T-03
T-04
Fungsi
Menyimpan
Menyimpan
Menyimpan
Menyimpan H2
C 7 H8
selama C6H6 selama 30 C12H10
30 hari
hari
selama selama 7 hari
30 hari
Tipe
Silinder vertikal dengan flat bottom dan conical roof
Spherical tank
Material
Carbon Steel SA 212 grade B
Carbon
Steel
SA-203 grade A Jumlah
3
2
1
3
Kondisi operasi -
Tekanan
1 atm
1 atm
1 atm
8 atm
-
Suhu
30 oC
40 oC
40 oC
-244 oC
148.000 bbl
148.000 bbl
20.560 bbl
20.400 bbl
- Diameter
140 ft
140 ft
70 ft
60,27 ft
- Tinggi total
69,565 ft
75,164 ft
38,53 ft
70,27 ft
Course 1
2 7/8 in
2 1/4 in
1 in
2 in
Course 2
2 3/4 in
2 1/16 in
7/8 in
-
Course 3
2 9/16 in
1 15/16 in
13/16 in
-
Course 4
2 3/8 in
1 13/16 in
3/4 in
-
Course 5
2 3/16 in
1 11/16 in
11/16 in
-
Course 6
2 1/16 in
1 9/16 in
-
-
Course 7
1 7/8 in
1 7/16 in
-
-
Course 8
1 11/16 in
1 5/16 in
-
-
Course 9
1 1/2 in
1 1/8 in
-
-
- Tebal head
11/16 in
7/16 in
5/16 in
2 in
Kapasitas Dimensi
- Tebal tangki
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 58
3.6
Condenser Tabel 3.6 Spesifikasi Condenser
Kode
CD-01
Fungsi
Mengkondensasikan gas produk dari R-01
Tipe
Shell and tube
Jumlah
1 buah
Panjang
12 ft
Kondisi operasi -
Hot fluid
126,85 oC – 24,99 oC
-
Cold fluid
5 oC – 85,05 oC
Spesifikasi
Shell side, hot fluid (gas produk keluar R-01)
- Kapasitas
67373,083 kg/jam
- Material
Carbon Steel SA 268 TP-430
Spesifikasi
Tube side, cold fluid (cairan keluaran FD-02)
- Material
Carbon Steel SA 268 TP-430
- Jumlah
1377
- ∆P
0,0012 psi
Dirt Factor
0,068 hr.ft2.oF/Btu
Luas tr. panas
2990,509 ft2
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 59
Kode
CD-02
CD-03
Fungsi
Mengkondensasikan hasil atas Mengkondensasikan hasil atas MD-01
MD-02
Tipe
Shell and Tube
Jumlah
1 buah
1 buah
Panjang
12 ft
8 ft
Kondisi operasi -
Hot fluid
80,247 oC – 80,238 oC
116,604 oC – 112,072 oC
-
Cold fluid
30 oC – 50 oC
30 - 80 oC
Spesifikasi
Shell,hot fluid (hasil atas MD- Shell,hot fluid (hasil atas MD01)
01)
- Kapasitas
84.849,11 kg/jam
9.104,27 kg/jam
- Material
Carbon Steel SA 268 TP-430
Carbon Steel SA 268 TP-430
Tube,cold fluid (air pendingin)
Tube, cold fluid (toluene dari
Spesifikasi
T-01) - Kapasitas
293.663,129 kg/jam
42.221,217 kg/jam
- Material
Carbon steel SA 213 TP-304
Carbon Steel SA 268 TP-430
- Jumlah
637 tube
163 tube
- ∆P
0,386 psi
0,054 psi
Dirt Factor
0,0017 hr.ft2.oF/Btu
0,0012 hr.ft2.oF/Btu
Luas tr. panas
2500,862 ft2
512,080 ft2
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 60
3.7
Reboiler Tabel 3.7 Spesifikasi Reboiler
Kode
RB-01
RB-02
Fungsi
Menguapkan
sebagian hasil Menguapkan
bawah MD-01
sebagian hasil
bawah MD-02
Tipe
Kettle Reboiler
Jumlah
1 buah
1 buah
Panjang
16 ft
12 ft
Kondisi operasi -
Hot fluid
376,85 oC – 276,85 oC
638,7 oC – 376,85 oC
-
Cold fluid
110,72 oC – 117,603 oC
168,518 oC – 245,074 oC
Spesifikasi - Kapasitas - Material Spesifikasi
Shell, cold fluid (hasil bawah Shell, cold fluid (hasil bawah MD-01)
MD-02)
124.333,70 kg/jam
18.423,64 kg/jam
Carbon Steel SA 268 TP-430
Carbon Steel SA 268 TP-430
Tube,
hot
fluid
(produk Tube,
hot
fluid
keluaran reaktor)
keluaran reaktor)
- Kapasitas
5.751,165 kg/jam
310,724 kg/jam
- Material
Carbon Steel SA 268 TP-430
- Jumlah
301 tube
- ∆P
0,00061 psi
Carbon Steel SA 268 TP-430 56 tube 0,0318 psi
Dirt Factor
0,0033 hr.ft2.oF/Btu
0,0032 hr.ft2.oF/Btu
Luas tr. panas
945,38 ft2
131,914 ft2
commit to user
(produk
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 61
3.8
Accumulator Tabel 3.8 Spesifikasi Accumulator
Kode
ACC-01
Fungsi
Menampung distilat MD-01
Tipe
Horizontal drum dengan torispherical dished head
Jumlah
1 buah
Material
Carbon steel SA 283 grade C
Kapasitas
104,0654 m3
Waktu tinggal
10 menit
Kondisi operasi -
Tekanan
1 atm
-
Suhu
80,238 oC
Dimensi -
Diameter
2,020 m
-
Panjang total
6,8546 m
-
Tebal silinder
5 16 in
-
Tebal head
5 16 in
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 62
3.9
Heat Exchanger Tabel 3.9 Spesifikasi Heat Exchanger
Kode
HE-01
HE-02
Fungsi
Mendinginkan produk C6H6 Mendinginkan produk C12H10 keluaran RB-01
keluaran RB-02
Tipe
Shell and Tube
Double Pipe Heat Excanger
Jumlah
1 buah
1 buah
Panjang
12 ft
12 ft
Kondisi operasi -
Hot fluid
80,238 oC - 40 oC
245.07 oC – 40 oC
-
Cold fluid
30 - 35 oC
30 oC - 35 oC
Hot fluid (C6H6)
Hot fluid (C12H10)
- Kapasitas
37.884,380 kg/jam
3.311,496 kg/jam
- Material
Carbon Steel SA 268 TP-430
Carbon Steel SA 268 TP-430
Air pendingin
Air pendingin
- Kapasitas
134.430,692 kg/jam
21.481,289 kg/jam
- Material
Carbon Steel SA 213 TP-304
Carbon Steel SA 213 TP-304
- Jumlah
239
8 hairpin
- ∆P
0,949 psi
7,098 psi
Dirt Factor
0,0016 hr.ft2.oF/Btu
0,0050 hr.ft2.oF/Btu
Luas tr. panas
562,988 ft2
155,278 ft2
Spesifikasi Shell / anulus
Spesifikasi Tube/ inner pipe
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 63
3.10
Furnace Tabel 3.10 Spesifikasi Furnace
Kode
F-01
Fungsi
Memanaskan campuran gas H2 dan C7H8 sebelum masuk reaktor
Tipe
Two radiant chamber with a common convection section
Kondisi operasi - umpan
119,66 oC
- keluaran
647 oC
Spesifikasi
Seksi Radiasi
- Diameter
16,46 m
- Lebar
7,14 in
- Tinggi
17,34 m
- Jumlah tube
146
Spesifikasi
Seksi Konveksi
- Diameter
16,46 m
- Lebar
2,54 in
- Tinggi
2,71 m
- Jumlah tube
42
Material
Batu bata tahan api
Tinggi total
20,05 m
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 64
3.11
Pompa Tabel 3.11 Spesifikasi Pompa
Kode Fungsi
P-01
P-02
Mengalirkan Fresh Toluene Mengalirkan Fresh Toluene dari T-01 ke CD-03 (sebagai dari CD-03 ke VP-01 pendingin)
Tipe
Single stage centrifugal pump
Material
Commercial steel
Kapasitas
336,919 gpm
360,248 gpm
Tekanan
1 - 1 atm
1 - 1 atm
Tenaga pompa
0,56 HP
0,93 HP
NPSH pompa
13,744 ft
14,372 ft
Kecepatan putar
3500 rpm
3500 rpm
Tenaga motor
1 HP
1,5 HP
Nominal pipe
6 in
6 in
Kode Fungsi
P-03
P-04
Mengalirkan hasil bawah FD- Mengalirkan fluida pendingin 02
ke
CD-01
(sebagai keluaran CD-01 ke MD-01
pendingin) Tipe
Single stage centrifugal pump
Material
Commercial steel
Kapasitas
293,613 gpm
322,395 gpm
Tekanan
1 – 1 atm
1 - 1 atm
Tenaga pompa
0,69 HP
15,33 HP
NPSH pompa
12,539 ft
13,346 ft
Kecepatan putar
3500 rpm
3500 rpm
Tenaga motor
1 HP
20 HP
Nominal pipe
6 in
8 in
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 65
Kode Fungsi
P-05
P-06
Mengalirkan refluk dari ACC- Mengalirkan fluida keluaran 01 ke MD-01 dan T-02
RB-01 ke MD-02
Tipe
Single stage centrifugal pump
Material
Commercial steel
Kapasitas
303,666 gpm
78,359 gpm
Tekanan
1 - 1 atm
1 - 1 atm
Tenaga pompa
8 HP
0,89 HP
NPSH pompa
12,824 ft
5,198 ft
Kecepatan putar
3500 rpm
3500 rpm
Tenaga motor
10 HP
1.5 HP
Nominal pipe
2.5 in
3 in
Kode Fungsi
P-07
P-08
Mengalirkan refluk dari CD- Mengalirkan 03 ke MD-02
RB-02 ke T-03
Tipe
Single stage centrifugal pump
Material
Commercial steel
Kapasitas
2,536 gpm
22,452 gpm
Tekanan
1 - 1 atm
1 - 1 atm
Tenaga pompa
0,05 HP
0,23 HP
NPSH pompa
0,528 ft
2,259 ft
Kecepatan putar
3500 rpm
3500 rpm
Tenaga motor
0,083 HP
0,333 HP
Nominal pipe
1 in
1 ½ in
commit to user
diphenyl
dari
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 66
3.12
Kompresor Tabel 3.12 Spesifikasi Kompresor
Kode Fungsi
C-01 Mengkompresi
C-02 gas
dari Mengkompresi gas dari
tekanan 1 atm menjadi tekanan 15 atm menjadi bertekanan 25 atm Tipe
bertekanan 25 atm
Single Stage Reciprocating Compressor
Spesifikasi : 0,02173
0,00346
Suction, Psia
14,7
220,5
Discharge, Psia
367,5
367,5
- Efisiensi
80 %
80%
- Daya Kompresor, HP
0,05
0,05
- Kapasitas, m3/jam - Tekanan :
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM
4.1
Unit Pendukung Proses Unit pendukung proses atau yang lebih dikenal dengan sebutan utilitas
merupakan bagian penting untuk menunjang proses produksi dalam pabrik. Unit pendukung proses yang terdapat dalam pabrik benzene adalah : 1. Unit pengadaan air Unit ini bertugas menyediakan dan mengolah air untuk memenuhi kebutuhan air sebagai berikut : a. Air pendingin dan air pemadam kebakaran b. Air konsumsi umum dan sanitasi 2. Unit pengadaan pendingin reaktor Unit ini bertugas menyediakan pendingin untuk reaktor. 3. Unit pengadaan udara tekan Unit ini bertugas untuk menyediakan udara tekan untuk kebutuhan instrumentasi pneumatic, untuk penyediaan udara tekan di bengkel dan untuk kebutuhan umum yang lain. 4. Unit pengadaan listrik Unit ini bertugas menyediakan listrik sebagai tenaga penggerak untuk peralatan proses, keperluan pengolahan air, peralatan-peralatan elektronik atau listrik AC, maupun untuk penerangan. Lisrik di-supply
commit to user 67
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 68
dari PLN dan dari generator sebagai cadangan bila listrik dari PLN mengalami gangguan. 5. Unit pengadaan bahan bakar Unit ini bertugas menyediakan bahan bakar untuk kebutuhan generator. 4.1.1 Unit Pengadaan Air Air konsumsi umum dan sanitasi yang digunakan adalah air yang diperoleh dari PT. Krakatau Tirta Industri (PT. KTI). Sedangkan untuk air pendingin dan air pemadam kebakaran menggunakan air dari laut yang tidak jauh dari lokasi pabrik. 4.1.1.1 Air Pendingin dan Air Pemadam Kebakaran Air pendingin dan air pemadam kebakaran yang digunakan adalah air laut yang diperoleh dari laut yang tidak jauh dari lokasi pabrik. Alasan digunakannya air laut sebagai media pendingin adalah karena faktor-faktor sebagai berikut : a. Air laut dapat diperoleh dalam jumlah yang besar dengan biaya murah. b. Mudah dalam pengaturan dan pengolahannya. c. Dapat menyerap sejumlah panas per satuan volume yang tinggi. d. Tidak terdekomposisi. e. Tidak dibutuhkan cooling tower, karena air laut langsung dibuang lagi ke laut. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pengolahan air laut sebagai pendingin adalah :
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 69
a. Partikel-partikel besar/makroba (makhluk hidup laut dan konstituen lain) b. Partikel-partikel kecil/mikroba laut (ganggang dan mikroorganisme laut) yang dapat menyebabkan fouling pada alat-alat proses. 4.1.1.2 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi Sumber air untuk keperluan konsumsi dan sanitasi berasal dari PT. KTI. Air ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan air minum, laboratorium, kantor, perumahan, dan pertamanan. Air konsumsi dan sanitasi harus memenuhi beberapa syarat, yang meliputi syarat fisik, syarat kimia, dan syarat bakteriologis. Syarat fisik :
Suhu di bawah suhu udara luar
Warna jernih
Tidak mempunyai rasa dan tidak berbau
Syarat kimia :
Tidak mengandung zat organik
Tidak beracun
Syarat bakteriologis :
Tidak mengandung bakteri–bakteri, terutama bakteri yang pathogen.
4.1.1.3 Pengolahan Air Pengolahan air untuk kebutuhan pabrik meliputi pengolahan secara fisik dan kimia, maupun penambahan desinfektan.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 70
Pengolahan air laut Untuk menghindari fouling yang terjadi pada alat-alat penukar panas maka perlu diadakan pengolahan air laut. Pengolahan dilakukan secara fisis dan kimia. Pengolahan secara fisis adalah dengan screening dan secara kimia adalah dengan penambahan chlorine. Tahapannya adalah sebagai berikut : Air laut dihisap dari kolam yang langsung berada di pinggir laut dengan menggunakan pompa, dalam pengoprasian digunakan dua buah pompa, satu service dan satunya standby. Sebelum masuk pompa, air dilewatkan pada traveling screen untuk menyaring partikel dengan ukuran besar. Pencucian dilakukan secara kontinyu. Setelah dipompa kemudian dialirkan ke strainer yang mempunyai saringan stainless steel 0,4 mm dan mengalami pencucian balik secara periodik. Air laut kemudian dialirkan ke pabrik. Di dalam kolam diinjeksikan Sodium hipoklorit untuk menjaga kandungan klorin minimum 1 ppm. Dalam perancangan ini diinjeksikan klorin sebanyak 1 ppm. Sodium hipoklorit dibuat di dalam Chloropac dengan bahan baku air laut dengan cara elektrolisa. Klorin diinjeksikan secara kontinyu dalam kolam dan secara intermitten di pipa pengaliran.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 71
Air Laut
1
2
3
4
Injeksi secara kontinyu
5
6
Ke Pabrik
Injeksi secara intermitten
Keterangan : 1. Saringan Awal 2. Kolam Penampungan 3. Traveling Screen 4. Pompa 5. Strainer, untuk diameter >0.4 mm 6. Chloropac
Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air Laut
Pengolahan air baku dari KTI Air baku (treated water) yang diambil dari PT. KTI dialirkan ke clarifier untuk mengurangi materi yang mengendap. Air yang mengalir berlebihan (over flow) dari clarifier dialirkan secara gravitasi ke filter yang berjenis gravity sand filter dengan menggunakan pasir kasar dan halus, untuk menghilangkan sisa-sisa materi yang terendap dalam jumlah kecil. Air yang telah disaring selanjutnya ditampung ke bak penampung air untuk kemudian dipompakan ke tangki air konsumsi dan sanitasi umum.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 72
Gambar 4.2 Skema Pengolahan Air KTI
4.1.1.4 Kebutuhan Air a. Kebutuhan Air Pendingin Kebutuhan air pendingin dapat dilihat pada Tabel 4.1 Tabel 4.1 Kebutuhan air pendingin Kebutuhan No
Kode Alat
Alat
1.
CD-02
Condenser hasil dari MD-01
293.663,129
2.
HE-01
Cooler untuk Benzene
134.430,092
3.
HE-02
Cooler untuk Diphenyl
21.481,289
4.
HEU-01
Cooler untuk Moltensalt
12.983,609
( kg/jam )
Total kebutuhan air pendingin = 463.571,119 kg/jam b. Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi Kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi dapat dilihat pada Tabel 4.2.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 73
Tabel 4.2 Kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi No
Nama Unit
Kebutuhan ( kg/hari)
1.
Perkantoran
10.000
2.
Laboratorium
3.800
3.
Kantin
3.000
4.
Hydrant/Taman
1.680
5.
Poliklinik
800
Jumlah air
19.280
Kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi = 19.280 kg/hari = 803,333 kg/jam Total air yang disuplai dari PT KTI = air konsumsi+ air blow down bak = 964,000 kg/jam 4.1.2 Unit Pengadaan Pendingin Reaktor Media yang digunakan sebagai pendingin reaktor adalah molten salt. Molten salt tidak memerlukan treatment secara fisis, kimia, mataupun biologis. Sifat-sifat fisik molten salt adalah sebagai berikut : -
Densitas
= 119,324 lb/ft3
-
Kapasitas Panas
= 0,373 Btu/lb.F
-
Viskositas
= 13,356 lb/ft.hr
-
Konduktivitas termal
= 0,2471 Btu/hr.ft.F
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 74
Jumlah Kebutuhan Molten salt Kebutuhan molten salt yang digunakan sebagai pendingin reaktor adalah sebanyak = 14.400 kg/jam Kebutuhan ini dilebihkan 20% untuk keamanan, sehingga molten salt yang disediakan = 17.280 kg/jam
Pendingin Molten salt Molten Salt digunakan sebagai pendingin reaktor. Molten salt keluaran reaktor yang bersuhu 174.02
o
C dialirkan ke HEU-01 untuk
didinginkan sampai bersuhu 148 oC dan dialirkan kembali untuk mendinginkan reaktor. 4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan Kebutuhan udara tekan untuk prarancangan pabrik benzene ini diperkirakan sebesar 200 m3/jam, tekanan 100 psi dan suhu 35oC. Alat untuk menyediakan udara tekan berupa kompresor yang dilengkapi dengan dryer yang berisi silica gel untuk menyerap kandungan air sampai maksimal 84 ppm. Spesifikasi kompresor yang dibutuhkan : Kode
: KU-01
Fungsi
: Memenuhi kebutuhan udara tekan
Jenis
: Single Stage Reciprocating Compressor
Jumlah
: 1 buah
Kapasitas
: 200 m3/jam
Tekanan suction
: 14,7 psi (1 atm)
Tekanan discharge
: 100 psi (6,8 atm)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 75
Suhu udara
: 35 oC
Efisiensi
: 80 %
Daya kompresor
: 25 HP
4.1.4 Unit Pengadaan Listrik Kebutuhan tenaga listrik di pabrik benzene ini dipenuhi oleh PLN dan generator pabrik. Hal ini bertujuan agar pasokan tenaga listrik dapat berlangsung kontinyu meskipun ada gangguan pasokan dari PLN. Generator yang digunakan adalah generator arus bolak-balik dengan pertimbangan : a. Tenaga listrik yang dihasilkan cukup besar b. Tegangan dapat dinaikkan atau diturunkan sesuai kebutuhan Kebutuhan listrik di pabrik ini antara lain terdiri dari : 1. Listrik untuk keperluan proses dan utilitas 2. Listrik untuk penerangan 3. Listrik untuk AC 4. Listrik untuk laboratorium dan instrumentasi 5. Listrik untuk alat-alat elektronik Besarnya kebutuhan listrik masing–masing keperluan di atas dapat diperkirakan sebagai berikut : 4.1.4.1 Listrik untuk keperluan proses dan utilitas Kebutuhan listrik untuk keperluan proses dan keperluan pengolahan air dapat dilihat pada Tabel 4.3
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 76
Tabel 4.3
Kebutuhan listrik untuk keperluan proses dan utilitas
Nama Alat
Jumlah
HP
Total HP
P-01
1
1
1
P-02
1
1,5
1,5
P-03
1
1
1
P-04
1
20
20
P-05
1
10
10
P-06
1
1,5
1,5
P-07
1
0,08
0,08
P-08
1
0,33
33
C-01
1
0,05
0,05
C-02
1
0,05
0,05
PWT-01
1
40
40
PWT-02
1
60
20
PWT-03
1
0,16
20
PU-01
1
5
5
PU-02
1
1
1
PU-03
1
1,3
1,3
PU-04
1
0,25
0,25
KU-01
1
25
25
Jumlah
168,717
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 77
Jadi jumlah listrik yang dikonsumsi untuk keperluan proses dan utilitas sebesar 168,717 HP. Diperkirakan kebutuhan listrik untuk alat yang tidak terdiskripsikan sebesar ± 20 % dari total kebutuhan. Maka total kebutuhan listrik adalah 202,460 HP atau sebesar 301,949 kW. 4.1.4.2 Listrik untuk penerangan Untuk menentukan besarnya tenaga listrik digunakan persamaan : L
a.F U .D
dengan : L
: Lumen per outlet
a
: Luas area, ft2
F
: foot candle yang diperlukan (Tabel 13 Perry 6th ed)
U
: Koefisien utilitas (Tabel 16 Perry 6th ed)
D
: Efisiensi lampu (Tabel 16 Perry 6th ed)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 78
Tabel 4.4 Jumlah Lumen berdasarkan luas bangunan Luas, m2
Luas, ft2
F
U
D
F/U.D
Pos keamanan
30
322,91
20
0,42
0,75
63,49
Parkir
500
5.381,82
10
0,49
0,75
27,21
Musholla
300
3.229,09
20
0,55
0,75
48,48
Kantin
150
1.614,55
20
0,51
0,75
52,29
Kantor
1.500
16.145,47
35
0,6
0,75
77,78
Poliklinik
400
4.305,46
20
0,56
0,75
47,62
Ruang kontrol
300
3.229,09
40
0,56
0,75
95,24
Laboratorium
300
3.229,09
40
0,56
0,75
95,24
Proses
12.580
135.401,96
30
0,59
0,75
67,80
Utilitas
1.400
15.069,11
10
0,59
0,75
22,60
Ruang generator
300
3.229,09
10
0,51
0,75
26,14
Bengkel
250
2.690,91
40
0,51
0,75
104,58
Garasi
400
4.305,46
10
0,51
0,75
26,14
Gudang
400
4.305,46
10
0,51
0,75
26,14
Pemadam
250
2.690,91
20
0,51
0,75
52,29
Jalan dan taman
2.400
25.832,76
5
0,55
0,75
12,12
Area perluasan
2.500
26.909,12
5
0,57
0,75
11,70
Jumlah
23.960
257.892,283
Bangunan
Jumlah lumen : untuk penerangan dalam ruangan
= 12.735.761,367 lumen
untuk penerangan bagian luar ruangan
= 627.850,892 lumen
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 79
Untuk semua area dalam bangunan direncanakan menggunakan lampu fluorescent 40 Watt dimana satu buah lampu instant starting daylight 40 W mempunyai 1.920 lumen (Tabel 18 Perry 6th ed.). Jadi jumlah lampu dalam ruangan
= 12.735.761,367 / 1.920 = 6.634 buah
Untuk penerangan bagian luar ruangan digunakan lampu mercury 100 Watt, dimana lumen output tiap lampu adalah 3.000 lumen (Perry 6th ed., 1994). Jadi jumlah lampu luar ruangan
= 627.850,892 / 3.000 = 210 buah
Total daya penerangan
= ( 40 W x 6.634 + 100 W x 210 ) = 286.256,72 W = 286,257 kW
4.1.4.3 Listrik untuk AC Diperkirakan menggunakan tenaga listrik sebesar 15.000 Watt atau 15 kW 4.1.4.4 Listrik untuk laboratorium dan instrumentasi Diperkirakan menggunakan tenaga listrik sebesar 10.000 Watt atau 10kW. Tabel 4.5 Total kebutuhan listrik pabrik No.
Kebutuhan Listrik
Tenaga listrik, kW
1.
Listrik untuk keperluan proses dan utilitas
301,949
2.
Listrik untuk keperluan penerangan
286,257
3.
Listrik untuk AC
15
4.
Listrik untuk laboratorium dan instrumentasi
10
Total
commit to user
613,206
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 80
Generator yang digunakan sebagai cadangan sumber listrik mempunyai efisiensi 80%, sehingga generator yang disiapkan harus mempunyai output sebesar 766,507 kW. Dipilih menggunakan generator dengan daya 900 kW, sehingga masih tersedia cadangan daya sebesar 133,493 kW. Spesifikasi generator yang diperlukan : Jenis
: AC generator
Jumlah
: 1 buah
Kapasitas / Tegangan
: 900 kW ; 220/360 Volt
Efisiensi
: 80 %
Bahan bakar
: IDO
4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar Unit pengadaan bahan bakar mempunyai tugas untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar generator. Jenis bahan bakar yang digunakan adalah IDO (Industrial Diesel Oil). IDO diperoleh dari Pertamina dan distributornya. Pemilihan IDO sebagai bahan bakar didasarkan pada alasan : 1. Mudah didapat 2. Lebih ekonomis 3. Mudah dalam penyimpanan Bahan bakar IDO yang digunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut : Specific gravity
: 0,8124
Heating Value
: 16.779 Btu/lb
Efisiensi bahan bakar
: 80%
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 81
: 50,5664 lb/ft3
Densitas
Kebutuhan bahan bakar untuk generator Kapasitas alat eff . . h
Bahan bakar
=
Kapasitas generator
= 900 kW = 3070938.684Btu/jam
Kebutuhan bahan bakar 4.2
= 128,114 L/jam
Laboratorium Laboratorium memiliki peranan sangat besar di dalam suatu pabrik untuk
memperoleh data–data yang diperlukan. Data–data tersebut digunakan untuk evaluasi unit-unit yang ada, menentukan tingkat efisiensi, dan untuk pengendalian mutu. Pengendalian mutu atau pengawasan mutu di dalam suatu pabrik pada hakekatnya dilakukan dengan tujuan mengendalikan mutu produk yang dihasilkan agar sesuai dengan standar yang ditentukan. Pengendalian mutu dilakukan mulai bahan baku, saat proses berlangsung, dan juga pada hasil atau produk. Pengendalian rutin dilakukan untuk menjaga agar kualitas dari bahan baku dan produk yang dihasilkan sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Dengan pemeriksaan secara rutin juga dapat diketahui apakah proses berjalan normal atau menyimpang. Jika diketahui analisa produk tidak sesuai dengan yang diharapkan maka dengan mudah dapat diketahui atau diatasi. Laboratorium berada di bawah bidang teknik dan perekayasaan yang mempunyai tugas pokok antara lain :
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 82
a.
Sebagai pengontrol kualitas bahan baku dan pengontrol kualitas produk
b.
Sebagai pengontrol terhadap proses produksi
c.
Sebagai pengontrol terhadap mutu air pendingin, dan yang berkaitan langsung dengan proses produksi
Laboratorium melaksanakan kerja 24 jam sehari dalam kelompok kerja shift dan non-shift. 1.
Kelompok shift Kelompok ini melaksanakan tugas pemantauan dan analisa–analisa rutin terhadap proses produksi. Dalam melaksanakan tugasnya, kelompok ini menggunakan sistem bergilir, yaitu sistem kerja shift selama 24 jam dengan dibagi menjadi 3 shift. Masing–masing shift bekerja selama 8 jam.
2.
Kelompok non-shift Kelompok ini mempunyai tugas melakukan analisa khusus yaitu analisa yang sifatnya tidak rutin dan menyediakan reagen kimia yang diperlukan di laboratorium. Dalam rangka membantu kelancaran pekerjaan kelompok shift, kelompok ini melaksanakan tugasnya di laboratorium utama dengan tugas antara lain : a.
Menyediakan reagent kimia untuk analisa laboratorium
b.
Melakukan analisa bahan pembuangan penyebab polusi
c.
Melakukan penelitian atau percobaan untuk membantu kelancaran produksi
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 83
Dalam menjalankan tugasnya, bagian laboratorium dibagi menjadi : 1.
Laboratorium fisik
2.
Laboratorium analitik
3.
Laboratorium penelitian dan pengembangan
4.2.1 Laboratorium Fisik Bagian ini bertugas mengadakan pemeriksaan atau pengamatan terhadap sifat–sifat bahan baku, produk, dan air yang meliputi air baku, air pendingin, dan air limbah. Pengamatan yang dilakukan meliputi specific gravity, viskositas. 4.2.2 Laboratorium Analitik Bagian ini mengadakan pemeriksaan terhadap bahan baku dan produk mengenai sifat–sifat kimianya. Analisa yang dilakukan, yaitu :
Analisa komposisi bahan baku
Analisa komposisi produk utama
Analisa komposisi produk samping
Analisa air - Air baku - Air pendingin - Air limbah
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 84
4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan Bagian ini bertujuan untuk mengadakan penelitian, misalnya :
diversifikasi produk
perlindungan terhadap lingkungan
Disamping
mengadakan
penelitian
rutin,
laboratorium
ini
juga
mengadakan penelitian yang sifatnya non rutin, misalnya penelitian terhadap produk di unit tertentu yang tidak biasanya dilakukan penelitian guna mendapatkan alternatif lain terhadap penggunaan bahan baku. Alat analisa penting yang digunakan antara lain : 1. Hidrometer, untuk mengukur specific gravity. 2. Viscometer, untuk mengukur viskositas cairan. 3. Gas Liquid Chromathogarphy, alat yang digunakan untuk analisa konsentrasi material cair. 4. Spectrofotometer, digunakan untuk mengetahui konsentrasi suatu senyawa terlarut dalam air. 5. pH meter, digunakan untuk mengetahui tingkat keasaman / kebasaan air. 6. Conductivity meter, untuk mengetahui konduktivitas suatu zat yang terlarut dalam air. 4.3
Unit Pengolahan Limbah Limbah yang dihasilkan dari pabrik benzene dapat diklasifikasi : 1. Bahan buangan cair 2. Bahan buangan padatan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 85
3. Bahan buangan gas Pengolahan limbah ini didasarkan pada jenis buangannya : 1. Pengolahan bahan buangan cair Pada pengolahan limbah cair, semua limbah cair yang berasal dari limbah domestik diolah di dalam Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) kecuali oli bekas yang akan ditampung di dalam penampungan yang selanjutnya dikirim ke badan yang berwenang. Limbah dari berbagai sumber sebelum masuk ke IPAL dilewatkan melalui bak ekualisasi untuk menyamakan beban dalam pengolahan dengan jalan melakukan pengadukan pada limbah sehingga menjadi homogen, dari bak ekualisasi limbah masuk ke bak netralisasi untuk menetralkan pH, karena pH yang netral selain tidak mengganggu lingkungan juga dapat berguna untuk mempermudah proses pengendapan pada bak sedimentasi.
Penetralan
pH
dilakukan
dengan
jalan
penambahan
Na2CO3/H2SO4, setelah netral limbah dialirkan ke bak sedimentasi untuk mengendapkan kandungan solid yang terdapat di dalamnya dengan bantuan koagulan. Dari bak sedimentasi selanjutnya dilakukan penyaringan dengan menggunakan media penyaring berbutir seperti kerikil, pasir, dan juga ditambahkan karbon aktif untuk menghilangkan bau. Limbah setelah melalui proses filtrasi dimasukkan ke dalam bak Bio Control yang bertujuan untuk menguji apakah limbah tersebut sudah benar–benar tidak mencemari lingkungan, pengujian dilakukan dengan memasukkan ikan ke dalam bak Bio Control, bila ikan tersebut tetap hidup normal maka proses pengolahan air
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 86
limbah dapat dikatakan sudah berhasil dan air yang dihasilkan selanjutnya akan dibuang ke badan penerima air baik di selokan, ataupun di laut.
Bak Ekualisasi
Air Buangan
Bak Netralisasi
Drying Bed
Bak
padatan
Sedimentasi cairan
Filtrasi
Bak Bio
Badan Penerima Air Gambar 4.3 Skema Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 2. Pengolahan bahan buangan padatan Limbah padat yang dihasilkan berasal dari limbah domestik dan IPAL. Limbah domestik berupa sampah-sampah dari keperluan sehari-hari seperti kertas dan plastik, sampah tersebut ditampung di dalam bak penampungan dan selanjutnya dikirim ke Tempat Pembuangan Akhir (TPA). Limbah yang berasal dari IPAL diurug didalam tanah yang dindingnya dilapisi dengan clay
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 87
(tanah liat) agar bila limbah yang dipendam termasuk berbahaya tidak menyebar ke lingkungan sekitarnya. 3. Pengolahan limbah gas Limbah gas yang berasal dari alat–alat produksi dibuang ke udara melalui stack yang mempunyai tinggi minimal 4 kali tinggi bangunan, banyaknya limbah gas yang dibuang dapat diminimalisasi dengan jalan melakukan perawatan
yang
rutin
terhadap
mesin–mesin
produksi
sehingga
pembakarannya sempurna dan dapat meminimalisasi pencemaran udara.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN
5.1
Bentuk Perusahaan Pabrik benzene yang akan didirikan, direncanakan mempunyai: Bentuk
: Perseroan Terbatas (PT)
Lapangan Usaha
: Industri Benzene
Lokasi Perusahaan
: Cilegon, Jawa Barat
Alasan dipilihnya bentuk perusahaan ini didasarkan atas beberapa faktor, antara lain : 1. Mudah untuk mendapatkan modal, yaitu dengan menjual saham perusahaan. 2. Tanggung jawab pemegang saham terbatas, sehingga kelancaran produksi hanya dipegang oleh pimpinan perusahaan. 3. Pemilik dan pengurus perusahaan terpisah satu sama lain, pemilik perusahaan adalah para pemegang saham dan pengurus perusahaan adalah direksi beserta stafnya yang diawasi oleh dewan komisaris. 4. Kelangsungan Perusahaan lebih terjamin, karena tidak berpengaruh dengan berhentinya pemegang saham, direksi beserta stafnya atau karyawan perusahaan. 5. Efisiensi dari manajemen Para pemegang saham dapat memilih orang yang ahli sebagai dewan komisaris dan direktur utama yang cukup cakap dan berpengalaman.
commit to user 88
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 89
6. Lapangan usaha lebih luas Suatu Perseroan Terbatas dapat menarik modal yang sangat besar dari masyarakat, sehingga dengan modal ini PT dapat memperluas usaha. (Widjaja, 2003) Ciri-ciri Perseroan Terbatas : 1. Perseroan Terbatas didirikan dengan akta dari notaris dengan berdasarkan Kitab Undang-Undang Hukum Dagang. 2. Besarnya modal ditentukan dalam akta pendirian dan terdiri dari sahamsahamnya. 3. Pemiliknya adalah para pemegang saham. 4. Perseroan Terbatas dipimpin oleh suatu Direksi yang terdiri dari para pemegang saham. Pembinaan personalia sepenuhnya diserahkan kepada Direksi dengan memperhatikan hukum-hukum perburuhan. 5.2
Struktur Organisasi Struktur organisasi merupakan salah satu faktor penting yang dapat
menunjang kelangsungan dan kemajuan perusahaan, karena berhubungan dengan komunikasi yang terjadi dalam perusahaan demi tercapainya kerjasama yang baik antar karyawan. Untuk mendapatkan sistem organisasi yang baik maka perlu diperhatikan beberapa azas yang dapat dijadikan pedoman, antara lain: a) Perumusan tujuan perusahaan dengan jelas b) Tujuan organisasi harus dipahami oleh setiap orang dalam organisasi c) Tujuan organisasi harus diterima oleh setiap orang dalam organisasi
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 90
d) Adanya kesatuan arah (unity of direction) e) Adanya kesatuan perintah ( unity of command ) f) Adanya keseimbangan antara wewenang dan tanggung jawab g) Adanya pembagian tugas (distribution of work) h) Adanya koordinasi i) Struktur organisasi disusun sederhana j) Pola dasar organisasi harus relatif permanen k) Adanya jaminan jabatan (unity of tenure) l) Balas jasa yang diberikan kepada setiap orang harus setimpal dengan jasanya m) Penempatan orang harus sesuai keahliannya (Zamani, 1998) Dengan berpedoman pada azas tersebut maka diperoleh struktur organisasi yang baik yaitu Sistim Line and Staff. Pada sistem ini garis kekuasaan lebih sederhana dan praktis. Demikian pula dalam pembagian tugas kerja seperti yang terdapat dalam sistem organisasi fungsional, sehingga seorang karyawan hanya akan bertanggung jawab pada seorang atasan saja. Untuk kelancaran produksi, perlu dibentuk staf ahli yang terdiri dari orang-orang yang ahli di bidangnya. Bantuan pikiran dan nasehat akan diberikan oleh staf ahli kepada tingkat pengawas demi tercapainya tujuan perusahaan. Ada 2 kelompok orang yang berpengaruh dalam menjalankan organisasi garis dan staf ini, yaitu :
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 91
1. Sebagai garis atau lini yaitu orang-orang yang melaksanakan tugas pokok organisasi dalam rangka mencapai tujuan. 2. Sebagai staf yaitu orang-orang yang melakukan tugas sesuai dengan keahliannya dalam hal ini berfungsi untuk memberi saran-saran kepada unit operasional. (Zamani, 1998) Dewan Komisaris mewakili para pemegang saham (pemilik perusahaan) dalam pelaksanaan tugas sehari-harinya. Tugas untuk menjalankan perusahaan dilaksanakan oleh seorang Direktur Utama yang dibantu oleh Direktur Produksi dan Direktur Keuangan-Umum. Direktur Produksi membawahi bidang produksi dan teknik, sedangkan direktur keuangan dan umum membawahi bidang pemasaran, keuangan, dan bagian umum. Kedua direktur ini membawahi beberapa kepala bagian yang akan bertanggung jawab atas bagian dalam perusahaan, sebagai bagian dari pendelegasian wewenang dan tanggung jawab. Masing-masing kepala bagian akan membawahi beberapa seksi dan masing-masing seksi akan membawahi dan mengawasi para karyawan perusahaan pada masing-masing bidangnya. Karyawan perusahaan akan dibagi dalam beberapa kelompok regu yang dipimpin oleh seorang kepala regu dimana setiap kepala regu akan bertanggung jawab kepada pengawas masing - masing seksi (Widjaja, 2003).
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 92
Manfaat adanya struktur organisasi adalah sebagai berikut : a. Menjelaskan, membagi, dan membatasi pelaksanaan tugas dan tanggung jawab setiap orang yang terlibat di dalamnya b. Penempatan tenaga kerja yang tepat c. Pengawasan, evaluasi dan pengembangan perusahaan serta manajemen perusahaan yang lebih efisien. d. Penyusunan program pengembangan manajemen e. Menentukan pelatihan yang diperlukan untuk pejabat yang sudah ada f. Mengatur kembali langkah kerja dan prosedur kerja yang berlaku bila tebukti kurang lancar. Struktur organisasi pabrik benzene disajikan pada Gambar 5.1
commit to user
Gambar 5.1 Struktur organisasi pabrik Benzene 93
91
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 94
5.3
Tugas dan Wewenang
5.3.1 Pemegang Saham Pemegang saham adalah beberapa orang yang mengumpulkan modal untuk kepentingan pendirian dan berjalannya operasi perusahaan tersebut. Kekuasaan tertinggi pada perusahaan yang mempunyai bentuk PT. (Perseroan Terbatas) adalah Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS). Pada RUPS tersebut, para pemegang saham berwenang : 1. Mengangkat dan memberhentikan Dewan Komisaris 2. Mengangkat dan memberhentikan Direktur 3. Mengesahkan hasil-hasil usaha serta neraca perhitungan untung rugi tahunan dari perusahaan. (Widjaja, 2003) 5.3.2 Dewan Komisaris Dewan komisaris merupakan pelaksana tugas sehari-hari dari pemilik saham sehingga dewan komisaris akan bertanggung jawab kepada pemilik saham. Tugas-tugas Dewan Komisaris meliputi : 1. Menilai dan menyetujui rencana direksi tentang kebijakan umum, target perusahaan, alokasi sumber - sumber dana dan pengarahan pemasaran 2. Mengawasi tugas - tugas direksi 3. Membantu direksi dalam tugas - tugas penting (Widjaja, 2003)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 95
5.3.3 Dewan Direksi Direksi Utama merupakan pimpinan tertinggi dalam perusahaan dan bertanggung jawab sepenuhnya terhadap maju mundurnya perusahaan. Direktur utama bertanggung jawab kepada dewan komisaris atas segala tindakan dan kebijakan yang telah diambil sebagai pimpinan perusahaan. Direktur utama membawahi direktur produksi dan direktur keuangan-umum. Tugas direktur umum antara lain : 1. Melaksanakan
kebijakan
perusahaan
dan
mempertanggung
jawabkan
pekerjaannya secara berkala atau pada masa akhir pekerjaannya pada pemegang saham. 2. Menjaga kestabilan organisasi perusahaan dan membuat kelangsungan hubungan yang baik antara pemilik saham, pimpinan, karyawan, dan konsumen. 3. Mengangkat dan memberhentikan kepala bagian dengan persetujuan rapat pemegang saham. 4. Mengkoordinir kerja sama antara bagian produksi (direktur produksi) dan bagian keuangan dan umum (direktur keuangan dan umum). Tugas dari direktur produksi antara lain : 1. Bertanggung jawab kepada direktur utama dalam bidang produksi, teknik, dan rekayasa produksi. 2. Mengkoordinir, mengatur, serta mengawasi pelaksanaan pekerjaan kepalakepala bagian yang menjadi bawahannya.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 96
Tugas dari direktur keuangan antara lain: 1. Bertanggung jawab kepada direktur utama dalam bidang pemasaran, keuangan, dan pelayanan umum. 2. Mengkoordinir, mengatur, dan mengawasi pelaksanaan pekerjaan kepalakepala bagian yang menjadi bawahannya. 5.3.4 Staf Ahli Staf ahli terdiri dari tenaga - tenaga ahli yang bertugas membantu direktur dalam menjalankan tugasnya, baik yang berhubungan dengan teknik maupun administrasi. Staf ahli bertanggung jawab kepada direktur utama sesuai dengan bidang keahlian masing - masing. Tugas dan wewenang staf ahli meliputi : 1. Mengadakan evaluasi bidang teknik dan ekonomi perusahaan. 2. Memberi masukan - masukan dalam perencanaan dan pengembangan perusahaan. 3. Memberi saran - saran dalam bidang hukum. 5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) Litbang terdiri dari tenaga - tenaga ahli sebagai pembantu direksi dan bertanggung jawab kepada direksi. Litbang membawahi 2 departemen, yaitu Departemen Penelitian dan Departemen Pengembangan Tugas dan wewenangnya meliputi : a. Memperbaiki mutu produksi b. Memperbaiki dan melakukan inovasi terhadap proses produksi c. Meningkatkan efisiensi perusahaan di berbagai bidang
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 97
5.3.6 Kepala Bagian Secara umum tugas kepala bagian adalah mengkoordinir, mengatur, dan mengawasi pelaksanaan pekerjaan dalam lingkungan bagiannya sesuai dengan garis wewenang yang diberikan oleh pimpinan perusahaan. Kepala bagian dapat juga bertindak sebagai staf direktur. Kepala bagian bertanggung jawab kepada direktur Utama (Zamani, 1998). Kepala bagian terdiri dari: 1. Kepala Bagian Produksi Bertanggung jawab kepada direktur produksi dalam bidang mutu dan kelancaran produksi serta mengkoordinir kepala-kepala seksi yang menjadi bawahannya. Kepala bagian produksi membawahi seksi proses, seksi pengendalian, dan seksi laboratorium. Tugas seksi proses antara lain : a. Mengawasi jalannya proses produksi b. Menjalankan tindakan seperlunya terhadap kejadian-kejadian yang tidak diharapkan sebelum diambil oleh seksi yang berwenang. Tugas seksi pengendalian adalah menangani hal - hal yang dapat mengancam keselamatan pekerja dan mengurangi potensi bahaya yang ada. Tugas seksi laboratorium, antara lain: a. Mengawasi dan menganalisa mutu bahan baku dan bahan pembantu b. Mengawasi dan menganalisa mutu produksi c. Mengawasi hal - hal yang berhubungan dengan buangan pabrik d. Membuat laporan berkala kepada Kepala Bagian Produksi.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 98
2. Kepala Bagian Teknik Tugas kepala bagian teknik, antara lain: a. Bertanggung jawab kepada direktur produksi dalam bidang peralatan dan utilitas b. Mengkoordinir kepala - kepala seksi yang menjadi bawahannya Kepala Bagian teknik membawahi seksi pemeliharaan, seksi utilitas, dan seksi keselamatan kerja-penanggulangan kebakaran. Tugas seksi pemeliharaan, antara lain : a. Melaksanakan pemeliharaan fasilitas gedung dan peralatan pabrik b. Memperbaiki kerusakan peralatan pabrik Tugas seksi utilitas, antara lain melaksanakan dan mengatur sarana utilitas untuk memenuhi kebutuhan proses, air, dan tenaga listrik. Tugas seksi keselamatan kerja antara lain : a. Mengatur, menyediakan, dan mengawasi hal - hal yang berhubungan dengan keselamatan kerja b. Melindungi pabrik dari bahaya kebakaran 3. Kepala Bagian Keuangan Kepala bagian keuangan ini bertanggung jawab kepada direktur keuangan dan umum dalam bidang administrasi dan keuangan dan membawahi 2 seksi, yaitu seksi administrasi dan seksi keuangan. Tugas seksi administrasi adalah menyelenggarakan pencatatan utang piutang, administrasi persediaan kantor dan pembukuan, serta masalah perpajakan.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 99
Tugas seksi keuangan antara lain : a. Menghitung penggunaan uang perusahaan, mengamankan uang, dan membuat ramalan tentang keuangan masa depan b. Mengadakan perhitungan tentang gaji dan insentif karyawan 4. Kepala Bagian Pemasaran Bertanggung jawab kepada direktur keuangan dan umum dalam bidang bahan baku dan pemasaran hasil produksi, serta membawahi 2 seksi yaitu seksi pembelian dan seksi pemasaran. Tugas seksi pembelian, antara lain : a. Melaksanakan
pembelian barang
dan
peralatan
yang dibutuhkan
perusahaan dalam kaitannya dengan proses produksi b. Mengetahui harga pasar dan mutu bahan baku serta mengatur keluar masuknya bahan dan alat dari gudang. Tugas seksi pemasaran, antara lain : a. Merencanakan strategi penjualan hasil produksi b. Mengatur distribusi hasil produksi 5. Kepala Bagian Umum Bertanggung jawab kepada direktur keuangan dan umum dalam bidang personalia, hubungan masyarakat, dan keamanan serta mengkoordinir kepalakepala seksi yang menjadi bawahannya. Kepala bagian imim membawahi seksi personalia, seksi humas, dan seksi keamanan.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 100
Seksi personalia bertugas : a. Membina tenaga kerja dan menciptakan suasana kerja yang sebaik mungkin antara pekerja, pekerjaan, dan lingkungannya supaya tidak terjadi pemborosan waktu dan biaya. b. Mengusahakan disiplin kerja yang tinggi dalam menciptakan kondisi kerja yang tenang dan dinamis. c. Melaksanakan hal - hal yang berhubungan dengan kesejahteraan karyawan. Seksi humas bertugas mengatur hubungan antara perusahaan dengan masyarakat di luar lingkungan perusahaan. Seksi Keamanan bertugas : a. Mengawasi keluar masuknya orang - orang baik karyawan maupun bukan karyawan di lingkungan pabrik. b. Menjaga semua bangunan pabrik dan fasilitas perusahaan c. Menjaga dan memelihara kerahasiaan yang berhubungan dengan intern perusahaan. 5.3.7 Kepala Seksi Kepala seksi adalah pelaksana pekerjaan dalam lingkungan bagiannya sesuai dengan rencana yang telah diatur oleh kepala bagian masing-masing agar diperoleh hasil yang maksimum dan efektif selama berlangsungnya proses produksi. Setiap kepala seksi bertanggung jawab kepada kepala bagian masing masing sesuai dengan seksinya.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 101
5.4
Pembagian Jam Kerja Karyawan Pabrik benzene ini direncanakan beroperasi 330 hari dalam 1 tahun dan 24
jam perhari. Sisa hari yang bukan hari libur digunakan untuk perbaikan, perawatan dan shutdown. Sedangkan pembagain jam kerja karyawan dibagi dalam 2 golongan, yaitu karyawan shift dan non shift. 5.4.1 Karyawan non shift Karyawan non shift dalah karyawan yang tidak menangani proses produksi secara langsung. Yang termasuk karyawan harian
adalah direktur, staf ahli,
kepala bagian, kepala seksi serta bawahan yang berada dikantor. Karyawan harian dalam 1 minggu akan bekerja selama 5 hari dengan pembagian kerja sebagai berikut: Jam kerja :
Hari Senin – Jumat
: Jam 08.00 – 17.00
Jam Istirahat :
Hari Senin – Kamis
: Jam 12.00 – 13.00
Hari Jum’at
: Jam 11.00 – 13.00
5.4.2 Karyawan shift Karyawan shift adalah karyawan yang secara langsung menangani proses produksi atau mengatur bagian - bagian tertentu dari pabrik yang mempunyai hubungan dengan masalah keamanan dan kelancaran produksi. Yang termasuk karyawan shift ini adalah operator produksi, sebagian dari bagian teknik, bagian gudang dan bagian utilitas, pengendalian, laboratorium, dan bagian - bagian yang harus selalu siaga untuk menjaga keselamatan serta keamanan pabrik.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 102
Para karyawan shift akan bekerja secara bergantian selama 24 jam, dengan pengaturan sebagai berikut : Shift Pagi
: Jam 07.00 – 15.00
Shift Sore
: Jam 15.00 – 23.00
Shift Malam
: Jam 23.00 – 07.00
Untuk karyawan shift ini dibagi menjadi 4 kelompok (A / B / C / D) dimana dalam satu hari kerja, hanya tiga kelompok masuk, sehingga ada satu kelompok yang libur. Untuk hari libur atau hari besar yang ditetapkan pemerintah, kelompok yang bertugas tetap harus masuk. Jadwal pembagian kerja masingmasing kelompok ditampilkan dalam bentuk tabel sebagai berikut : Tabel 5.1 Jadwal pembagian kelompok shift Hari A B C D
1 L S P M
2 L S P M
3 M L S P
4 M L S P
5 P M L S
6 P M L S
7 S P M L
8 S P M L
9 L S P M
10 L S P M
Hari A B C D
11 M L S P
12 M L S P
13 P M L S
14 P M L S
15 S P M L
16 S P M L
17 L S P M
18 L S P M
19 M L S P
20 M L S P
Hari A B C D
21 P M L S
22 P M L S
23 S P M L
24 S P M L
25 L S P M
26 L S P M
27 M L S P
28 M L S P
29 P M L S
30 P M L S
Jadwal untuk tanggal selanjutnya berulang ke susunan awal.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 103
Kelancaran produksi dari suatu pabrik sangat dipengaruhi oleh faktor kedisiplinan para karyawannya dan akan secara langsung mempengaruhi kelangsungan dan kemajuan perusahaan. Untuk itu kepada seluruh karyawan perusahaan dikenakan absensi. Disamping itu masalah absensi digunakan oleh pimpinan perusahaan sebagai salah satu dasar dalam mengembangkan karier para karyawan di dalam perusahaan (Zamani, 1998). 5.5
Status Karyawan Dan Sistem Upah Pada pabrik Benzene ini sistem upah karyawan berbeda - beda tergantung
pada status karyawan, kedudukan, tanggung jawab, dan keahlian. Menurut status karyawan dapat dibagi menjadi tiga golongan sebagai berikut: 1. Karyawan Tetap Karyawan tetap yaitu karyawan yang diangkat dan diberhentikan dengan surat keputusan (SK) direksi dan mendapat gaji bulanan sesuai dengan kedudukan, keahlian, dan masa kerjanya. 2. Karyawan Harian Karyawan harian yaitu karyawan yang diangkat dan diberhentikan direksi tanpa SK direksi dan mendapat upah harian yang dibayar tiap akhir pekan. 3.
Karyawan Borongan Karyawan borongan yaitu karyawan yang digunakan oleh pabrik bila diperlukan saja. Karyawan ini menerima upah borongan untuk suatu pekerjaan.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 104
5.6
Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan Dan Gaji
5.6.1 Penggolongan Jabatan 1 Direktur Utama
: Sarjana Ekonomi/Teknik/Hukum
2 Direktur Produksi
: Sarjana Teknik Kimia
3 Direktur Keuangan dan Umum
: Sarjana Ekonomi/Akuntansi
4 Kepala Bagian Produksi
: Sarjana Teknik Kimia
5 Kepala Bagian Teknik
:SarjanaTeknik Kimia/Mesin/Elektro
6 Kepala Bagian Pemasaran
:SarjanaTeknik Kimia/Mesin/Elektro
7 Kepala Bagian Keuangan
: Sarjana Ekonomi/Akuntansi
8 Kepala Bagian Umum
: Sarjana Ekonomi/Hukum
9 Kepala Seksi
: Sarjana
10 Operator
: Sarjana atau D3
11 Sekretaris
: Sarjana atau Akademi sekretaris
12 Dokter
: Sarjana Kedokteran
13 Perawat
: Akademi Perawat
14 Lain-lain
: SLTA / Sederajat
5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji Jumlah Karyawan harus ditentukan dengan tepat, sehingga semua pekerjaan dapat diselenggarakan dengan baik dan efisien. Tabel 5.2. Jumlah Karyawan Menurut Jabatan NO.
JABATAN
JUMLAH
1
Direktur Utama
1
2
Direktur Produksi
1
3
Direktur keuangan dan Umum
1
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 105
JABATAN
NO.
JUMLAH
4
Staff Ahli
2
5
Sekretaris
3
6
Kepala Bagian Produksi
1
7
Kepala Bagian LITBANG
1
8
Kepala Bagian Teknik
1
9
Kepala Bagian Umum
1
10
Kepala Bagian Keuangan
1
11
Kepala Bagian Pemasaran
1
12
Kepala Seksi Proses
1
13
Kepala Seksi Pengendalian
1
14
Kepala Seksi Laboratorium
1
15
Staff Litbang
2
16
Kepala Seksi Safety & Lingkungan
1
17
Kepala Seksi Pemeliharaan
1
18
Kepala Seksi Utilitas
1
19
Kepala Seksi Administrasi Keuangan
1
20
Kepala Seksi Keuangan
1
21
Kepala Seksi Pembelian
1
22
Kepala Seksi Personalia
1
23
Kepala Seksi Humas
1
24
Kepala Seksi Keamanan
1
25
Kepala Seksi Penjualan
1
26
Kepala Seksi Pemasaran
1
27
Karyawan Proses
40
28
Karyawan Pengendalian
12
29
Karyawan Laboratorium
19
30
Karyawan Penjualan
8
31
Karyawan Pembelian
6
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 106
JABATAN
NO.
JUMLAH
32
Karyawan Pemeliharaan
6
33
Karyawan Utilitas
8
34
Karyawan Administrasi
5
35
Karyawan Kas
5
36
Karyawan Personalia
5
37
Karyawan Humas
5
38
Karyawan Keamanan
16
39
Karyawan Pemasaran
8
40
Karyawan Safety & Lingkungan
12
41
Dokter
2
42
Perawat
2
43
Sopir
4
44
Pesuruh
7
TOTAL
200
Tabel 5.3. Perincian Golongan dan Gaji Karyawan Gol.
Jabatan
Gaji/bulan (Rp)
Kualifikasi
I.
Direktur Utama
50.000.000
S1 Pengalaman 10 Tahun
II.
Direktur
35.000.000
S1 Pengalaman 10 Tahun
III.
Staff Ahli
20.000.000
S1 Pengalaman 5 Tahun
IV.
Litbang
15.000.000
S1 pengalaman
V.
Kepala Bagian
9.000.000
S1 pengalaman
VI.
Kepala Seksi
6.000.000
S1/D3 pengalaman
VII.
Sekretaris
3.000.000
S1/D3 pengalaman
VIII. Karyawan Biasa
1.000.000 –
SLTA/D1/D3
3.000.000
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 107
5.7
Kesejahteraan Sosial Karyawan Kesejahteraan sosial yang diberikan oleh perusahaan pada para karyawan,
antara lain : 1.
Tunjangan Tunjangan yang berupa gaji pokok yang diberikan berdasarkan golongan karyawan yang bersangkutan. Tunjangan jabatan yang diberikan berdasarkan jabatan yang dipegang karyawan. Tunjangan lembur yang diberikan kepada karyawan yang bekerja diluar jam kerja berdasarkan jumlah jam kerja.
2.
Pakaian Kerja Pakaian kerja diberikan kepada setiap karyawan setiap tahun sejumlah empat pasang.
3.
Cuti Cuti tahunan diberikan kepada setiap karyawan selama 12 hari kerja dalam satu tahun. Cuti sakit diberikan kepada karyawan yang menderita sakit berdasarkan keterangan dokter. Cuti hamil diberikan kepada karyawati yang hendak melahirkan, masa cuti berlaku selama 2 bulan sebelum melahirkan sampai 1 bulan sesudah melahirkan.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 108
4.
Pengobatan Biaya pengobatan bagi karyawan yang menderita sakit tidak disebabkan oleh kecelakaan kerja, diatur berdasarkan kebijaksanaan perusahaan. Biaya pengobatan bagi karyawan yang menderita sakit yang diakibatkan oleh kecelakaan kerja, ditanggung oleh perusahaan sesuai dengan undangundang.
5.
Asuransi Tenaga Kerja Asuransi tenaga kerja diberikan oleh perusahaan bila jumlah karyawan lebih dari 10 orang atau dengan gaji karyawan lebih besar dari Rp. 1.000.000,00 per bulan. (Masud, 1989)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB VI ANALISIS EKONOMI
Pada prarancangan pabrik benzene ini dilakukan evaluasi atau penilaian investasi dengan maksud untuk mengetahui apakah pabrik yang dirancang ini menguntungkan dari segi ekonomi atau tidak. Bagian terpenting dari prarancangan ini adalah estimasi harga dari alat-alat, karena harga digunakan sebagai dasar untuk estimasi analisis ekonomi, di mana analisis ekonomi dipakai untuk mendapatkan perkiraan atau estimasi tentang kelayakan investasi modal dalam kegiatan produksi suatu pabrik dengan meninjau kebutuhan modal investasi, besarnya laba yang akan diperoleh, lamanya modal investasi dapat dikembalikan dalam titik impas. Selain itu, analisis ekonomi juga dimaksudkan untuk mengetahui apakah pabrik yang akan didirikan dapat menguntungkan atau tidak jika didirikan. Untuk itu pada prarancangan pabrik benzene ini, kelayakan investasi modal pada sebuah pabrik akan dianalisis meliputi : a.
Profitability
b.
% Profit on Sales (POS)
c.
% Return on Investment (ROI)
d.
Pay Out Time (POT)
e.
Break Event Point (BEP)
f.
Shut Down Point (SDP)
g.
Discounted Cash Flow (DCF)
commit to user 109
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 110
Untuk meninjau faktor-faktor tersebut perlu diadakan penaksiran terhadap beberapa faktor, yaitu: 1. Penaksiran modal industri ( Total Capital Investment ) Capital Investment adalah banyaknya pengeluaran – pengeluaran yang diperlukan untuk fasilitas – fasilitas produktif dan untuk menjalankannya. Capital Investment meliputi :
Modal Tetap (Fixed Capital Investment)
Modal Kerja (Working Capital)
2. Penentuan biaya produksi total (Total Production Costs), terdiri dari : a. Biaya pengeluaran (Manufacturing Costs) b. Biaya pengeluaran umum (General Expense) 3. Total pendapatan penjualan produk benzene dan diphenyl 6.1
Penaksiran Harga Peralatan Harga peralatan pabrik dapat diperkirakan dengan metode yang
dikonversikan dengan keadaan yang ada sekarang ini. Penentuan harga peralatan dilakukan dengan menggunakan data indeks harga.
\
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 111
Tabel 6.1 Indeks Harga Alat Cost Index, Tahun
Chemical Engineering Plant Index
1991
361,3
1992
358,2
1993
359,2
1994
368,1
1995
381,1
1996
381,7
1997
386,5
1998
389,5
1999
390,6
2000
394,1
2001
394,3
2002
390,4 (Peters & Timmerhaus, 2003)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 112
Gambar 6.1
Chemical Engineering Cost Index
Dengan asumsi kenaikan indeks linear, maka dapat diturunkan persamaan least square sehingga didapatkan persamaan berikut: Y = 3,6077 X - 6823,2 Dengan :
Y = Indeks harga X = Tahun pembelian
Dari persamaan tersebut diperoleh harga indeks di tahun 2012 adalah 435,52. Harga alat dan lainnya diperkirakan pada tahun evaluasi (2012) dan dilihat dari grafik pada referensi. Untuk mengestimasi harga alat tersebut pada masa sekarang digunakan persamaan : (Aries & Newton, 1955)
Ex = Ey. Dengan :
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 113
Ex : Harga pembelian pada tahun 2012 Ey : Harga pembelian pada tahun referensi Nx : Indeks harga pada tahun 2012 Ny : Indeks harga tahun referensi 6.2
Penentuan Total Capital Investment (TCI) Asumsi-asumsi dan ketentuan yang digunakan dalam perhitungan analisis ekonomi : 1. Pengoperasian pabrik dimulai tahun 2015. 2. Proses yang dijalankan adalah proses kontinyu. 3. Kapasitas produksi adalah 300.000 ton/tahun. 4. Jumlah hari kerja adalah 330 hari/tahun 5. Shut down pabrik dilaksanakan selama 35 hari dalam satu tahun untuk perbaikan alat-alat pabrik. 6. Umur alat - alat pabrik diperkirakan 10 tahun. 7. Nilai rongsokan (Salvage Value) adalah nol 8. Situasi pasar, biaya dan lain - lain diperkirakan stabil selama pabrik beroperasi 9. Upah buruh asing US $ 8,5 per manhour
(www.pajak.net)
10. Upah buruh lokal Rp. 10.000,00 per manhour 11. Perbandingan jumlah tenaga asing : Indonesia = 5% : 95% 12. Harga bahan baku Toluene US$ 0,76 / kg 13. Harga bahan baku Hydrogen US$ 0,7960 / kg 14. Harga produk Benzene US$ 1,123 / kg
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 114
15. Harga produk Diphenyl US$ 2,255 / kg 16. Kurs rupiah yang dipakai Rp. 9.060,00 (Kurs pada 28/01/2011, www.bni.co.id) 6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) Tabel 6.2 Modal Tetap No
Keterangan
US $
Rp.
Total Harga(Rp)
-
120.482.045.290
1
Harga pembelian peralatan 13.298.239
2
Instalasi alat - alat
1.232.043
6.294.800.700
17.457.106.519
3
Pemipaan
4.791.277
7.661.442.189
51.070.414.389
4
Instrumentasi
2.376.082
1.180.276.229
22.707.582.851
5
Isolasi
293.344
1.035.330.026
3.693.022.201
6
Listrik
977.812
1.035.330.026
9.894.303.944
7
Bangunan
2.933.435
-
26.576.921.755
8
Tanah dan perbaikan lahan 1.466.718
29.136.000.000
42.424.460.878
9
Utilitas
867.772
-
7.862.017.679
Physical Plant Cost
28.236.721
46.343.179.169
302.167.875.506
5.647.344
9.268.635.834
60.433.575.101
Direct Plant Cost
33.884.066
55.611.815.033
362.601.450.607
11.
Contractor’s fee
3.388.407
5.561.181.500
36.260.145.061
12.
Contingency
8.471.016
13.902.953.751
90.650.362.652
45.743.389
75.075.950.254
489.511.958.319
10.
Engineering & Construction
Fixed Capital Invesment (FCI)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 115
6.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) Tabel 6.3 Modal Kerja No.
Jenis
1. Persediaan bahan baku 2. Persediaan bahan dalam proses
US $
Rp.
Total Rp.
30.116.339
-
272.854.035.105
11.356.329
618.001.164
3. Persediaan Produk
17.677.068 2.998.070.921
163.152.307.186
4. Extended Credit
33.318.224
301.863.112.461
5. Available Cash
17.677.068 2.998.070.921 163.152.307.186
Working Capital Investment (WCI)
66.959
-
98.855.658 6.007.498.171 901.639.763.101
Total Capital Investment (TCI) = FCI + WCI = Rp 1.391.151.721.420
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 116
6.3
Biaya Produksi Total (Total Production Cost)
6.3.1
Manufacturing Cost
6.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) Tabel 6.4
Direct Manufacturing Cost
No.
Jenis
US $
Rp.
Total Rp.
30.116.339
-
272.854.035.105
1.
Harga Bahan Baku
2.
Gaji Pegawai
-
3.636.000.000
3.636.000.000
3.
Supervisi
-
1.584.000.000
1.584.000.000
4.
Maintenance
3.202.044 5.255.316.518
34.265.837.082
5.
Plant Supplies
6.
Royalty & Patent
7.
Utilitas
480.307
788.297.478
5.139.875.562
19.990.935
-
181.117.867.476
-
10.590.163.521
10.590.163.521
Direct Manufacturing Cost (DMC) 53.789.625 21.853.777.517 509.187.778.747
6.3.1.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) Tabel 6.5
Indirect Manufacturing Cost
No.
Jenis
US $
Rp.
Total Rp.
1. Payroll Overhead
-
727.200.000
727.200.000
2. Laboratory
-
727.200.000
727.200.000
3. Plant Overhead
-
2.908.800.000
2.908.800.000
4. Packaging
151.931.103
-
1.376.495.792.820
Indirect Manufacturing Cost (IMC) 151.931.103 4.363.200.0001.380.858.992.820
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 117
6.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) Tabel 6.6
Fixed Manufacturing Cost
No.
Jenis
US $
1. Depresiasi
Rp.
Total Rp.
4.574.349
7.507.595.025 48.951.195.832
2. Property Tax
914.870
1.501.519.005 9.790.239.166
3. Asuransi
914.870
Fixed Manufacturing Cost (FMC)
6.404.088
750.759.503
9.039.479.664
9.759.873.533 67.780.914.662
Total Manufacturing Cost (TMC) = DMC + IMC + FMC =Rp (509.187.778.747+1.380.858.992.820+67.780.914.662) = Rp 1.957.827.686.230 6.3.2
General Expense (GE)
Tabel 6.7
General Expense
No.
Jenis
1.
Administrasi
2.
Sales
3. 4.
US $ -
Rp. 4.981.000.000
Total Rp. 4.981.000.000
119.945.608
-
1.086.707.204.858
Research
11.194.923
-
101.426.005.787
Finance
8.557.762
2.327.461.119
79.860.781.191
139.698.293
7.308.461.119
1.272.974.991.836
General Expense (GE)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 118
Biaya Produksi Total (TPC) = TMC + GE = Rp 1.957.827.686.230+ Rp 1.272.974.991.836 = Rp 3.230.802.678.065 6.4
Keuntungan Produksi
Penjualan selama 1 tahun : Benzene
= US $ 340.120.216
Diphenyl
= US $ 59.698.476
Total penjualan
= US$ 399.818.692 = Rp. 3.622.357.349.528
Biaya produksi total
= Rp. 3.230.802.678.065
Keuntungan sebelum pajak
= Rp 391.554.671.462
Pajak = 25 % dari keuntungan = Rp 97.888.667.866 (www.pajak.go.id 2010) Keuntungan setelah pajak 6.5
= Rp 293.666.003.597
Analiasa Kelayakan 1. % Profit on Sales (POS) POS adalah persen keuntungan penjualan produk terhadap harga jual produk itu sendiri. Besarnya POS pabrik benzene ini adalah : POS sebelum pajak = 10,81 % POS setelah pajak
= 8,11 %
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 119
2. % Return on Investment (ROI) ROI adalah tingkat pengembalian modal dari pabrik ini, dimana untuk pabrik yang tergolong high risk, mempunyai batasan ROI minimum sebelum pajak sebesar 44 % ROI sebelum pajak = 79,99 % ROI setelah pajak
= 59,99%
3. Pay Out Time POT POT adalah jumlah tahun yang diperlukan untuk mengembalikan Fixed Capital Investment berdasarkan profit yang diperoleh. Besarnya POT untuk pabrik yang beresiko tinggi sebelum pajak adalah maksimal 2 tahun. POT sebelum pajak = 1,1 tahun POT setelah pajak
= 1,4 tahun
4. Break Event Point (BEP) BEP adalah titik impas, suatu keadaan dimana besarnya kapasitas produksi dapat menutupi biaya keseluruhan. Besarnya BEP untuk pabrik benzene ini adalah 46,19 % 5. Shut Down Point (SDP) SDP adalah suatu titik dimana pabrik mengalami kerugian sebesar Fixed Cost yang menyebabkan pabrik harus ditutup. Besarnya SDP untuk pabrik benzene ini adalah 46,19 %
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 120
6. Discounted Cash Flow (DCF) DCF adalah perbandingan besarnya persentase keuntungan yang diperoleh terhadap capital investment dibandingkan dengan tingkat bunga yang berlaku di bank. Tingkat bunga simpanan di Bank Mandiri adalah 6,5 % (www.bankmandiri.co.id, 2011), dari perhitungan nilai DCF yang diperoleh adalah 29,52 %. Tabel 6.8 No.
Analisis kelayakan Keterangan
Perhitungan
Batasan
1. Return On Investment (% ROI) ROI sebelum pajak
79,99 %
min 44 %
ROI setelah pajak
59,99 %
(resiko tinggi)
2. Pay Out Time (POT) POT sebelum pajak
1,1 tahun
maks. 2 tahun
POT setelah pajak
1,4 tahun
(resiko tinggi)
3. Break Even Point (BEP)
54,08 %
40 – 60 %
4. Shut Down Point (SDP)
46,19 %
5. Discounted Cash Flow (DCF)
29,52 %
min. 6,5 % (Bunga simpanan di Bank Mandiri)
Dari analisis ekonomi yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa pendirian
pabrik
Benzene
dengan
kapasitas
300.000
dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.
commit to user
ton/tahun
layak
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id 121
Keterangan gambar : FC
: Fixed manufacturing cost
Va
: Variable cost
Ra
: Regulated cost
Sa
: Sales
SDP
: Shut down point
BEP
: Break even point Gambar 6.2
Grafik Analisis Kelayakan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR PUSTAKA
Air Liquide, 2011, Hydrogen (H2), www.uk.airliquide.com Aries, R.S., and Newton, R.D., 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, McGraw Hill Book Company, New York Badan Pusat Statistik, 2010, Statistics Indonesia, www.bps.go.id Bank BNI, 2011, Info Kurs, www.bni.co.id Bank Mandiri, 2011, Suku Bunga Deposito Mandiri, www.bankmandiri.co.id Branan, C.R., 1994, Rules of Thumb for Chemical Engineers, Gulf Publishing Company, Houston Brown, G.G, 1978, Unit Operation, 3rd ed., McGraw Hill International Book Company, Tokyo Brownell, L.E., and Young, E.H., 1959, Process Equipment Design : Vessel Design, John Wiley and Sons Inc., New York Coulson, J.M., and Richadson, J.F., 1983, Chemical Engineering, Pergamon Press, Oxford Departemen Keuangan, 2010, Keputusan Dirjen Pajak, www.pajak.net Dirjen Pajak, 2010, Tarif dan PTKP, www.pajak.go.id Fessenden, R.J. & Fessenden, J.S., 1986, Kimia Organik, Edisi Ketiga Jilid 1, Erlangga, Jakarta Geankoplis, C.J., 1983, Transport Processes and Unit Operations, 2nd ed., Allyn and Bacon Inc., Boston
commit to user xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Kern, D.Q., 1950, Process Heat Transfer, McGraw Hill International Book Company, Singapore Kirk, R.E. and Othmer, D.F., 1997, Encyclopedia of Chemical Tecnology, 4th ed., The Interscience Encyclopedia Inc, New York Lewin, D.R., 2004, Simulation Laboratory, www.engr.uky.edu Masud, M., 1989, Manajemen Personalia, Erlangga, Jakarta Merck, 2010, Biphenyl Untuk Sintesis, www.merck-chemicals.co.id Mc Ketta, J.J., 1990, Encyclopedia of Chemical Processing and Design, vol 4, Marcel Dekker Inc., New York Perry, R.H., and Green, D.W., 1994, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6th ed., McGraw Hill Companies Inc., USA Perry, R.H., and Green, D.W, 1997, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 7th ed., McGraw Hill Companies Inc., USA Pertamina, 2011, Our Product, www.pertamina.com Peters, M.S., Timmerhaus, K.D., and West, R.E., 2003, Plant Design and Economics for Chemical Engineers, 5th ed., Mc-Graw Hill, New York Powell, S.T., 1954, Water Conditioning for Industry, 1st ed., McGraw-Hill Book Company, Inc., New York Smith, J.M. and Van Ness, H.H., 1975, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 3rd ed., McGraw Hill International Book Company, Tokyo Ulrich, G.D., 1984, A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics, John Wiley and Sons, New York
commit to user xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Vilbrandt , F.C. and Dryden, C.E., 1959, Chemical Engineering Plant Design, 4th ed., McGraw Hill Kogakusha Company Limited, Tokyo Walas, S.M., 1988, Chemical Process Equipment, 3rd ed., Butterworths Series in Chemical Engineering, USA Widjaja, G., dan Yani, A., 2003, Perseroan Terbatas, Raja Grafindo Persada, Jakarta Yaws, C.L., 1999, Chemical Properties Handbook, McGraw Hill Companies Inc., USA Zamani, 1998, Manajemen, Badan Penerbit IPWI, Jakarta
commit to user xv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LAMPIRAN A
DATA-DATA SIFAT FISIS Data – data untuk menghitung sifat – sifat fisis cairan diperoleh dari “Chemical Engineering Properties”, Yaws, 1999. 1. Critical Properties Komponen
BM (g/mol)
Tc (K)
Pc (bar)
H2
2
33,19
13,13
CH4
16
190,6
45,99
C 6 H6
78
562,2
48,98
C 7 H8
2
C12H10
154
591,8 789,26
41,06 38,47
2. Kapasitas Panas Cairan Cp = A + BT + CT2 + DT3 Dengan : Cp
: kapasitas panas cairan, J/mol . K
T
: suhu, K
A,B,C,D : konstanta Komponen
A
B
C
D
H2
50,607
-6,1136
3,0930E-01
-4,1480E-07
CH4
-0,018
1,1982
-9,8722E-03
3,1670E-05
C 6 H6
-3,662
1,3043
-3,6078E-03
3,8243E-06
C 7 H8
83,703
0,5167
-1,4910E-03
1,9725E-06
C12H10
27,519
1,5432
-3,1647E-03
2,5801E-06
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
3. Kapasitas Panas Gas Cp = A + BT + CT2 + DT3 + ET4 Dengan : Cp
: kapasitas panas cairan, J/mol . K
T
: suhu, K
A,B,C,D,E : konstanta Komponen
A
B
C
D
E
H2
34,942
-0,03996
1,9184E-04
-1,5303E-07
3,9321E-11
CH4
-31,368
0,47460
-3,1137E-04
8,5237E-08
-5,0524E-12
C6H6
-24,097
0,52187
-2,9827E-04
6,1220E-08
1,2576E-12
C7H8
-29,153
0,76716
-3,4341E-04 -3,7724E-08
4,6179E-11
C12H10
25,399
0,02018
-3,8549E-05
-8,7585E-12
4. Entalpi Penguapan (Hvap) Hvap = A ( 1 – (T/Tc))n Dengan : Hvap : enthalpi penguapan, kJ/mol Tc
: Temperatur kritis, K
T
: suhu operasi, K
A,n
: konstanta
Komponen
A
Tc
n
H2
0,659
33,18
0,38
CH4
10,312
190,58
0,265
C6H6
49,388
562,16
0,489
C7H8
50,139
591,79
0,383
C12H10
77,536
789,26
0,114
commit to user
3,1880E-08
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
5. Tekanan uap murni (PO) Log Po = A + B / T + C log (T) + D T + E T2 Dengan : Po
: tekanan uap murni, mmHg
T
: suhu operasi, K
A,B,C,D,E
: konstanta
Komponen
A
B
C
H2
3,4132
-41,318
1,0947
-6,6898E-10 1,4589E-04
CH4
12,1167
-570,97
-3,3373
2,1999E-09
C 6 H6
31,7718
-2725,4
-8,4443
-5,3534E-09 2,7187E-06
C 7 H8
34,0775
-3037,9
-9,1635
1,0289E-11
2,7035E-06
C12H10
52,0479
-5350,9
-14,955
2,1039E-09
2,4345E-06
6. Densitas Cairan Persamaan Rackett : Dengan :
A. B
(1 T
Tc
)n
= densitas cairan, g/ml
T
= suhu , K
Tc
= temperatur kritis, K
A,B,n
= konstanta
commit to user
D
E
1,3096E-05
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Komponen
A
B
n
Tc
H2
0,03125
0,3473
0,2756
33,18
CH4
0,15998
0,2881
0,277
190,6
C6H6
0,3009
0,2677
0,2818
562,16
C7H8
0,29999
0,27108
0,29889
591,79
C12H10
0,30766
0,25375
0,27892
789,26
7. Viskositas Cairan log = A + B/T + CT + DT2 Dengan :
: viskositas cairan, cP
T
: suhu, K
A,B,C,D : konstanta Komponen
A
B
C
D
H2
-7,0154
4,0791E+01
2,3714E-01
-4,0830E-03
CH4
-7,3801
8,1925E+02
4,7934E-02
-1,4120E-04
C 6 H6
-7,4005
1,1815E+03
1,4888E-02
-1,3713E-05
C 7 H8
-5,1649
8,1068E+02
1,0454E-02
-1,0488E-05
C12H10
-9,9122
2,0514E+03
1,5545E-02
-9,9043E-06
8. Viskositas Gas log = A + B/T + CT + DT2 Dengan :
: viskositas cairan, cP
T
: suhu, K
A,B,C,D : konstanta
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Komponen
A
B
C
H2
27,758
0,21200
-3,2800E-05
CH4
3,844
0,40112
-1,4300E-04
C 6 H6
-0,151
0,25706
-8,9797E-06
C 7 H8
1,787
0,23566
-9,3508E-06
C12H10
13,498
0,24098
-2,9320E-05
9. Konduktivitas Panas Cairan T log( K ) A B1 C
2
7
Dengan: k
: konduktivitas panas cairan, W/m.K
T
: suhu,K
A,B,C
: konstanta
Komponen
A
B
C
H2
-0,1433
2,3627E-02
-5,1480E-04
CH4
-1,0976
0,5387
190,58
C6H6
-1,685
1,052
562,16
C7H8
-1,674
0,977
591,79
C12H10
-1,429
0,665
789,26
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
10. Konduktivitas Panas Gas K = A + BT + CT2 Dengan: k
: konduktivitas panas cairan, W/m.K
T
: suhu,K
A,B,C
: konstanta
Komponen
A
B
C
H2
-0.01060
7.8123E-05
-5.0028E-10
CH4
-0.00935
1.4028E-04
3.3180E-08
C6H6
-0.00565
3.4493E-05
6.9298E-08
C7H8
-0.00776
4.4905E-06
6.4514E-08
C12H10
-0.00788
4.2910E-05
3.4569E-08
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA MASSA
1. Spesifikasi Bahan Baku
Toluene komposisi (%berat)
: C7H8 = 99,99% : H2
= 0,01%
: H2
= 99,99%
Hidrogen komposisi (%berat)
: CH4 = 0,01% 3. Spesifikasi Produk Benzene : min 99,9% berat Diphenyl : min 98,5% berat 4. Kapasitas Pabrik Kapasitas pabrik tiap tahun : 300.000 ton/tahun Kapasitas pabrik tiap jam : 300.000
×
×
×
= 37878.788 kg/jam
5. Berat Molekul Hidrogen : 2 kg/kgmol Metana
: 16 kg/kgmol
Benzene : 78 kg/kgmol Toluene : 154 kg/kgmol
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
6. Perhitungan Neraca Massa Basis
Perhitungan Neraca Massa Reaktor Basis perhitungan umpan masuk reaktor = Toluene
= 1 kmol/jam
Hidrogen
= 5 kmol/jam
Konversi (x1) = 85% Selektivitas = 93% Trial : Benzene (C6H6) = 0,05 kmol/jam Diphenyl (C12H10) = 0.0001097 kmol/jam Maksimum CH4 di reaktor 5% Maksimum H2 masuk reaktor 95% Metana (CH4) = Reaksi I
= C 7 H8
Mula-mula : Reaksi
:
+
5= 0.112474438 H2
→
C6H6
a
b
0,05
x1.a
x1.a
x1.a
Sisa : a-(x1.a) 0.112474438+(x1.a)
b-(x1.a)
Misal : x1.a = c 0,05+(x1.a) = d b-(x1.a) = e x2.d = f
commit to user
0,05+(x1.a)
+
CH4 0.112474438 x1.a
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Reaksi II
2 C 6 H6
Mula-mula :
d
Reaksi
:
Sisa
:
→
C12H10
+
H2
0.0001097
e
f
½.f
½. f
d-f
0.0001097+½.f
e+½.f
Menentukan nilai c Toluene reaksi 1 = Toluene mula-mula x konversi = ( 1 x 0,85 ) kmol = 0,85 kmol
Menentukan nilai f
Selektivitas =
0,93 =
0,93 =
( ,
0,93 =
,
.
) .( ( , .
.
.
)) .
,
Dengan nilai x1.a = 0,85 kmol/jam, maka x2 = 0,12 kmol/jam
commit to user
.
.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Neraca Massa Reaktor input arus (6) kmol/jam kg/jam 5.000 10.000 0.112 1.800 0.050 3.900 1.000 92.000 0.000 0.017 6.163 107.716
Komponen H2 CH4 C 6 H6 C 7 H8 C12H10 Jumlah
output arus (7) kmol/jam kg/jam 4.205 8.410 0.962 15.400 0.791 61.659 0.150 13.800 0.055 8.448 6.163 107.716
Perhitungan Neraca Massa Flash Drum 1 Kondisi operasi flash drum 1 = 15 atm Untuk distribusi komponen di fase uap dan di fase cair ditentukan dengan flash Calculation Persamaan-persamaan yang digunakan : xi =
(
)
;
yi =
ki .Zi
V
1+(ki−1)
…………………………(1)
F
yi = ki.xi ………………………………………………………………….(2) Σyi – Σxi = 0 …………………………………………………………………………....(3) Algoritma perhitungan :
Fi,Zi,P Tebak V/F,T Not ok
ki = (T,P) Σyi – Σxi = 0 Ok
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Diperoleh hasil sebagai berikut : V/F = 0,7111 T
= 12,787 °C
Komponen H2 CH4 C 6 H6 C 7 H8 C12H10
Zi Log P Po ki = Po/P 0.6823 17.8727 7.46E+17 6.54E+13 0.1562 2.9919 981.4530 0.0861 0.1283 1.7178 52.2174 0.0046 0.0243 1.1624 14.5351 0.0013 0.0089 -3.2068 0.0006 0.0000 1.00
xi 0.0000 0.4461 0.4391 0.0840 0.0308 1.00 Σyi - Σxi =
yi 0.9595 0.0384 0.0020 0.0001 0.0000 1.00 0
Dengan F = 6.162584138 kmol/jam , maka : V = 0,7111 x 6.162584138 kmol/jam = 4.38221358 kmol/jam L = 6.162584138 - 4.38221358 = 1.780370557 kmol/jam Neraca Massa Flash drum 1 Komponen H2 CH4 C 6 H6 C 7 H8 C12H10 Jumlah
Input output arus F (8) arus L (14) arus V (9) kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam 4.205 8.410 0.0000 0.000 4.205 8.409 0.962 15.400 0.7942 12.707 0.168 2.693 0.791 61.659 0.7817 60.972 0.009 0.687 0.150 13.800 0.1495 13.757 0.000 0.043 0.055 8.448 0.0549 8.448 0.000 0.000 107.716 95.884 11.833 107.716 107.716
Perhitungan Neraca Massa Flash Drum 2 Kondisi operasi flash drum 2 = 1 atm
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Untuk distribusi komponen di fase uap dan di fase cair ditentukan dengan flash Calculation. Persamaan-persamaan yang digunakan : xi =
(
)
;
yi =
ki .Zi
V
1+(ki−1)
……………………(1)
F
yi = ki.xi ………………………………………………………………….(2) Σyi – Σxi = 0 ……………………………………………………………………………(3) Algoritma perhitungan :
Fi,Zi,P Tebak V/F,T Not ok
ki = (T,P) Σyi – Σxi = 0 Ok
Diperoleh hasil sebagai berikut : V/F = 0.4722 T
= 12,55 °C
Komponen H2 CH4 C 6 H6 C 7 H8 C12H10 Jumlah
Zi 1.46E-14 0.4461 0.4391 0.0840 0.0308 1.00
Log P 17.8524 10.7726 1.7126 1.1565 -4.2172
Po 7.11E+17 5.92E+10 5.15E+01 1.43E+01 6.06E-05
commit to user
ki = Po/P 9.36E+14 7.79E+07 6.78E-02 1.88E-02 7.97E-08
xi 3.31E-29 1.21E-08 0.7843 0.1565 0.0584 1.00 Σyi - Σxi =
yi 3.10E-14 0.9446 0.0532 0.0030 4.65E-09 1.00 0
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Dengan F = 1.780371 kmol/jam , maka : V = 0,4722 x 1.780371 kmol/jam = 0.840739502 kmol/jam L = 1.780371 - 0.840739502 = 0,93963 kmol/jam
Neraca Massa Flash drum 2 Komponen H2 CH4 C 6 H6 C 7 H8 C12H10 Jumlah
input output arus F (14) arus L (17) arus V (15) kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.794 12.707 0.000 0.000 0.794 12.707 0.782 60.972 0.737 57.480 0.045 3.491 0.150 13.757 0.147 13.528 0.002 0.228 0.055 8.448 0.055 8.448 0.000 0.000 95.884 79.457 16.427 95.884 95.884
Perhitungan Neraca Massa Menara Destilasi 1 Komponen C 6 H6 C 7 H8 C12H10 Asumsi :
kmol/jam 0.7369 0.1470 0.0549 1. LK = C6H6 2. HK = C7H8 3. 99,9 % C6H6 diinginkan sebagai hasil atas
99,9 % C6H6 terikut sebagai hasil atas = 99,9 % x 0,7369 kmol/jam = 0,7361 kmol/jam
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
C6H6 yang terikut sebagai hasil bawah = C6H6 feed - C6H6 hasil atas = 0,7369 – 0,7361 = 0,0007 kmol/jam 99,7 % C7H8 terikut sebagai hasil bawah = 99,7 % x 0,1470 kmol/jam = 0,1466 kmol/jam C7H8 yang terikut sebagai hasil atas
= C7H8 feed - C7H8 hasil bawah = 0,1470 – 0,1466 = 0,0004 kmol/jam
Komponen C 6 H6 C 7 H8 C12H10
input arus (17) output (Distilat) arus (18) kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam 0.7369 57.480 0.7362 57.4228 0.1470 13.528 0.0004 0.0406 0.0549 8.448 0 0 0.737
Total
0.939
57.463
79.457
Perhitungan Neraca Massa Menara Destilasi 2 Komponen C 6 H6 C 7 H8 C12H10 Asumsi :
kmol/jam 0.0007 0.1466 0.0549 1. LK = C7H8 2. HK = C12H10 3. 99,5 % C7H8 diinginkan sebagai hasil atas
commit to user
output (Bottom) arus (19) kmol/jam kg/jam 0.0007 0.0575 0.1466 13.4879 0.0549 8.4484 0.202
21.994
0.939
79.457
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
99,5 % C7H8 terikut sebagai hasil atas = 99,5 % x 0,1466 kmol/jam = 0,1459 kmol/jam C7H8 yang terikut sebagai hasil bawah = C7H8 feed – C7H8 hasil atas = 0,1466 – 0,1459 = 0,0007 kmol/jam 99,8 % C12H10 terikut sebagai hasil bawah = 99,8 % x 0,0549 kmol/jam = 0,0548 kmol/jam C12H10 yang terikut sebagai hasil atas
= C12H10 feed - C12H10 hasil bawah = 0,0549 – 0,0547 = 0,0001 kmol/jam
Komponen C 6 H6 C 7 H8 C12H10
input arus (19) kmol/jam kg/jam 0.0007 0.057 0.1466 13.488 0.0549 8.448
output (Distilat) arus (21) kmol/jam kg/jam 0.0007 0.0575 0.1459 13.4204 0.0001097 0.0169 0.147
Total
0.202
13.495
21.994
Cek Trial Diphenyl Diphenyl hasil atas dari Menara Destilasi 2 = 0,0001097 kmol/jam Diphenyl trial = 0.0001097 kmol/jam Neraca Massa Dengan Kapasitas Kapastitas pabrik tiap tahun : 300.000 ton/tahun Kapasitas pabrik tiap jam 300.000
×
: ×
×
commit to user
= 37878.788 kg/jam
output (Bottom) arus (20) kmol/jam kg/jam 0.0000 0.0000 0.0007 0.0674 0.0547 8.4315 0.055
8.499
0.202
21.994
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Benzene murni dalam produk = 99,9 % x 37878.788 kg/jam = 37852.0348 kg/jam Dari perhitungan basis didapat : Umpan
: Toluene (C7H8) = 1 kmol/jam Hidrogen
Produk
= 5 kmol/jam
: Benzene (C6H6) = 57.4228 kg/jam
Untuk memperoleh produk benzene 37852.0348 kg/jam, maka umpan yang harus disiapkan : Umpan Toluene (C7H8) = 1 x
.
.
= 646 kg/jam
Umpan Toluene : Umpan H2 = 1 : 5 Umpan Hidrogen (H2) = 5 x 646 kg/jam = 3230 kg/jam Neraca Massa Reaktor
Komponen H2 CH4 C 6 H6 C 7 H8 C12H10 Jumlah
input arus (6) kmol/jam kg/jam 3230 6460 72.658 1162.535 4 312 646 59432 0.042 6.547 3952.701 67373.083
commit to user
output arus (7) kmol/jam kg/jam 2702.118 5404.237 621.758 9948.135 510.663 39831.714 96.900 8914.800 21.261 3274.196 3952.701 67373.083
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Neraca Massa Flash Drum 1
Komponen H2 CH4 C 6 H6 C 7 H8 C12H10 Jumlah
input arus F (8) kmol/jam kg/jam 2702.119 5404.237 621.758 9948.136 510.663 39831.714 96.900 8914.800 21.261 3274.197 3952.701 67373.084 3952.701 67373.084
Kondisi : P = 15 atm
;
output arus L (14) arus V (9) kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam 0.0000 0.000 2702.118 5404.237 518.0431 8288.689 103.715 1659.446 505.6807 39443.096 4.982 388.618 96.6393 8890.819 0.261 23.981 21.2610 3274.197 0.000 0.000 1141.935 59896.801 2810.766 7476.283 3952.701 67373.084
V/F = 0,7111
T = 10,165 °C Neraca Massa Flash Drum 2
Komponen H2 CH4 C 6 H6 C 7 H8 C12H10 Jumlah
input arus F (14) kmol/jam kg/jam 0.000 0.000 518.043 8288.689 505.681 39443.096 96.639 8890.819 21.261 3274.197 1141.624 59896.801 1141.624 59896.801
Kondisi : P = 1 atm
;
output arus L (17) arus V (15) kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 518.043 8288.689 485.845 37895.889 19.836 1547.207 95.606 8795.780 1.033 95.039 21.261 3274.196 0.000 0.000 602.682 49965.866 539.253 9930.935 1141.935 59896.801
V/F = 0,4722
T = 5 °C
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Neraca Massa Menara Destilasi 1 Komponen C 6 H6 C 7 H8 C12H10
input arus (17) kmol/jam kg/jam 485.845 37895.889 95.606 8795.780 21.261 3274.196
output (Distilat) arus (18) kmol/jam kg/jam 485.359 37857.993 0.287 26.387 0.000 0.000 485.646
Total
37884.380
602.712 49965.865
output (Bottom) arus (19) kmol/jam kg/jam 0.486 37.896 95.319 8769.393 21.261 3274.196 117.066
12081.485
602.712
49965.865
Neraca Massa Menara Destilasi 1 Komponen C 6 H6 C 7 H8 C12H10
input arus (19) kmol/jam kg/jam 0.4858 37.896 95.3195 8769.393 21.2610 3274.196
output (Distilat) arus (21) kmol/jam kg/jam 0.486 37.896 94.843 8725.546 0.043 6.548 95.371
Total
117.066 12081.485
commit to user
8769.989
output (Bottom) arus (20) kmol/jam kg/jam 0.000 0.000 0.477 43.847 21.218 3267.649 21.695
3311.496
117.066
12081.485
Neraca Massa Total komponen
INPUT (kg/jam) arus 1
arus 12
OUTPUT (kg/jam) total
arus 16
arus 18
arus 20
total
H2
0.000
2739.183
2739.183
1683.420
0.000
0.000
1683.420
CH4
0.000
20.007
20.007
8805.607
0.000
0.000
8805.607
C6H6
6.541
0.000
6.541
1668.262
37857.993
0.000
39526.255
C7H8
50689.943
0.000
50689.943
102.509
26.387
43.847
172.743
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
3267.649
3267.649
C12H10 jumlah
53455.674
53455.674
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LAMPIRAN C PERHITUNGAN NERACA PANAS
Satuan
: kJoule
T.reff
: 25 0C = 298,15 K
Basis
: 1 jam operasi
1.
Tee 1 86,64 oC
80oC
110,78oC
Panas masuk Dari Kondensor MD-02 (CD-03) T masuk = 80 0C Komponen
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
C6H6
0,084
147,439
12,364
C7H8
550,978
167,086
92.060,923
Jumlah
551,061
167,084
92.073,287
Q1 = 92.073,287 kJoule Dari Recycle Vaporizer (VP-01) T masuk = 110,78 0C Komponen
Kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
C6H6
0,009
153,688
1,378
C7H8
137,742
173,875
23.949,836
Jumlah
137,751
173,873
23.951,213
Q3 = 23.951,213 kJoule
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Q masuk = Q1 + Q3 = 115.983,631 kJoule Panas Keluar T keluar = 86,64 0C Komponen
Kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
C6H6
0,093
148.639
13,796
C7H8
688,719
168.385
115.969,835
Jumlah
688,812
115.983,631
Q keluar = Q2 = 115.983,631 kJoule
2.
Tee 2
110,83oC
110,78oC
112,07 oC
Panas masuk Dari Vaporizer (VP-01) T masuk = 110,78 0C Komponen
Kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
C6H6
0,084
108,467
9,096
C7H8
550,977
135,739
74.789,360
C12H10
0.000
213,552
0.000
Jumlah
551,061
74.798,456
Q4 = 74.798,456 kJoule
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Dari Recycle Menara Distilasi 2 (MD-01) T masuk = 112,07 0C Komponen
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
C6H6
0,486
108,858
52,888
C7H8
94,843
136,204
12.917,999
C12H10
0,042
214,274
9,110
Jumlah
95,371
12.979,992
Q21 = 12.979,992 kJoule Q masuk = Q4 + Q21 = 87.778,609 kJoule Panas Keluar T keluar = 110,83 0C Komponen
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
C6H6
0,0570
108,525
61,827
C7H8
645,820
135,808
87.707,697
C12H10
0,042
213,659
9,084
Jumlah
646,432
87.778,609
Q keluar = Q5 = 87.778,609 kJoule
3.
Tee 3
189.49 oC
119.51oC
44.4 oC
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Panas masuk Dari Kompresor 1 (C-01) T masuk = 189.490C Komponen
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
C6H6
0,570
128,379
73,137
C7H8
645,820
159,622
103.086,958
C12H10
0,042
250,646
10,657
Jumlah
646,432
103.170,752
Q5 = 103.170,752 kJoule Dari Tee 4 T masuk = 44,4 0C Komponen
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
H2
3.230,000
28,941
93.479,059
CH4
72,658
36,647
2.662,695
C6H6
3,430
88,558
303,780
C7H8
0,179
112,049
20,109
C12H10
0.000
173,469
0,000
Jumlah
3.306,268
96.141,754
Q13 = 96.141,754 kJoule Q masuk = Q5 + Q13 = 186.096,502 kJoule
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Panas Keluar T keluar = 119,51 0C Komponen
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
H2
3.230,000
29,119
94.055,201
CH4
72,658
40,877
2970,070
C6H6
4,000
110,121
440,483
C7H8
646,000
137,185
88.621,513
C12H10
0,042
217,184
9,234
Jumlah
3.952,701
186.096,502
Q keluar = Q6 = 186.096,502 kJoule
4.
Furnace (F-01) Panas masuk Dari Tee3 T masuk = 119,510C Komponen
kmol
H2
3.230,000
CH4 C6H6 C7H8
72,658
∫ Cp dT
Q(kJoule)
3627,659 11.717.338,999 9339,131
678.567,119
4,000 11634,774
46.539,096
646,000 18331,270 11.842.000,707
C12H10
0,042
Jumlah
3.952,701
2740,280
116,514 24.284.562,435
Q masuk = Q6 = 24.284.562,435 kJoule
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Panas Keluar T keluar = 647 0C Komponen
kmol
H2
3.230,000
CH4
72,658
C6H6 C7H8
∫ Cp dT
Q(kJoule)
32.759,504 105.813.197,905 96.627,398
7.020.800,530
4,000 118.915,198
475.660,792
646,000 185.741,892 119.989.262,429
C12H10
0,042
Jumlah
3.952,701
18.272,134
776,909 233.299.698,565
Q keluar = Q6 = 233.299.698,565 kJoule Q furnace = Qkeluar – Qmasuk = 233.299.698,565 kJoule - 24.284.562,435 kJoule = 209.015.136,129 kJoule 5.
Reaktor Panas Masuk Menentukan ΔH1 T masuk = 647 oC Komponen
kmol
H2
3.230,000
CH4 C6H6 C7H8
72,658
∫ Cp dT
Q(kJoule)
32.759,504 105.813.197,905 96.627,398
7.020.800,530
4,000 118.915,198
475.660,792
646,000 185.741,892 119.989.262,429
C12H10
0,042
Jumlah
3.952,701
18.272,134
776,909 233.299.698,565
ΔH1 = Q6 = 233.299.698,565 kJ/jam
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Menentukan ΔHR0 Reaksi 1 : C6H5CH3 (g) + H2 (g) → C6H6 (g) + CH4 (g) ∆HR1o
= ( ∆Hfo C6H6 + ∆Hfo CH4 ) – (∆Hfo C6H5CH3 + ∆Hfo H2) = (82,930 + (-74,520) ) – (50,170 + 0) = - 41,760 kJ/mol
Reaksi 2 : 2 C6H6 (g) C12H10 (g) + H2 (g) ∆HR2o
= ( ∆Hfo C12H10 + ∆Hfo H2 ) – ( 2. ∆Hfo C6H6 ) = ( 182,090 + 0 ) – ( 2 x 82,930) = 16,230 kJ/mol
ΔHR0
= (-41,760) + (16,230) = - 25,53 = - 25,53
kJ/mol toluene bereaksi x 549.100 mol toluene bereaksi/jam
= - 14.018.523 kJ/jam Total Panas Masuk = 233.299.698,565 + 14.018.523 = 247.318.221,523 kJoule Panas Keluar Menentukan ΔH2 Tkeluar = 638,7 oC Komponen
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
H2
2702,118
32.192,07
86.986.776,636
CH4
621,759
94.958,25
59.041.094,721
C6H6
510,663
11.6857,1
59.674.621,010
C7H8
96,900
18.2560,5
17.690.111,503
C12H10
21,261
18.027,77
383.288,817
Jumlah
3.952,701
223.775.892,687
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ΔH2 = Q7 = 223.775.892,687 kJ/jam Panas yang diserap pendingin = total panas masuk – Q4 = 247.318.221,523 – 223.775.892,687 = 23.542.328,836 kJoule 6.
Flash Drum 1 (FD-01) Panas masuk: Arus 8 (dari Reaktor ) : T masuk = 25 0C Entalpi fase cair : kmol Komponen
∫ Cp dT
Q(kJoule)
H2
2702.118
- 92,862
- 250.923,944
CH4
621.759
- 1,152
- 716,382
C6H6
510.663
- 0,498
- 254,270
C7H8
96.900
- 0,569
- 55,115
C12H10
21.261
- 0,997
- 21,207
Jumlah
3.952,701
- 251.970,918
Q masuk = Q8 = - 251.970,918 kJoule Panas Keluar Entalpi penguapan : kmol Komponen H2
λ
2.702,118
Q(kJoule) 1.419 3.836.750,799
CH4
103,997
8.520
886.059,696
C6H6
5,021
35.266
177.064,394
C7H8
0,263
39.067
10.272,707
C12H10
0,000
73.703
0,000
Jumlah
2.811,399
Qpenguapan = 4.910.147,759 kJoule
commit to user
4.910.147,759
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Arus 9 (hasil atas flash drum) T keluar = 10,16 0C Komponen H2
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
2.702,118
- 534,956
- 1.445.515,887
CH4
103,997
- 1.221,587
- 127.041,125
C6H6
5,021
- 1.541,650
- 7.740,432
C7H8
0,263
- 2.436,596
- 640,711
C12H10
0,000
- 426,151
0,000
Jumlah
2.811,399
- 1.580.938,156
Q5 = - 1.580.938,156 kJoule Arus 14 (hasil bawah flash drum) T keluar = 10,16 0C Komponen H2
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
0,000
- 362.139,279
0,000
CH4
517,762
- 4.338,718
-2.246.421,865
C6H6
505,642
- 2.025,823
-1.024.341,522
C7H8
96,637
- 2.319,516
-224.151,175
C12H10
21,261
- 4.057,471
-86.265,960
Jumlah
1.141,302
-3.581.180,522
Q14 = -3.581.180,522 kJoule Q keluar = Qpenguapan + Q9 + Q14 = - 251.970,918 kJoule
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
7.
digilib.uns.ac.id
Flash Drum 2 (FD-01) Panas masuk: Arus 14 (dari FD-01 ) : T masuk = 10,16 0C Entalpi fase cair : Komponen H2
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
0,000
-362.138,894
0,000
CH4
517,762
2.090,308
1.082.869,634
C6H6
505,642
-2.025,821
- 1.024.418,573
C7H8
96,637
-2.319,513
- 224.156,226
C12H10
21,261
-4.057,466
- 86.265,864
Jumlah
1.141,302
- 251.971,030
Q14 = - 251.971,030 kJoule Panas Keluar Entalpi penguapan : Komponen H2
kmol
λ
0,000
Q(kJoule) 1,409
0,000
CH4
518,043
8,392 4.347.228,439
C6H6
19,986
35,584
711.163,821
C7H8
1,042
39,316
40.970,891
C12H10
0,000
73,789
0,000
Jumlah
539,071
Qpenguapan = 5.099.363,202 kJoule
commit to user
5.099.363,202
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Arus 15 (hasil atas flash drum) T keluar = 5 0C Komponen H2
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
0,000
- 719,388
0,000
CH4
518,043
- 6.892,424
- 3.570.572,377
C6H6
19,986
- 2.059,591
- 41.162,389
C7H8
1,042
- 3.255,894
- 3.392,946
C12H10
0,000
- 574,288
0,000
Jumlah
539,071
- 3.615.127,713
Q15 = - 3.615.127,713 kJoule Arus 17 (hasil bawah flash drum) T keluar = 5 0C Komponen
kmol
∫ Cp dT
Q(kJoule)
H2
0,000
- 479.413,134
0,000
CH4
0,000
- 5.676,909
0,000
C6H6
485,695
- 2.722,041
- 1.322.081,537
C7H8
95,597
- 3.119,597
- 298.224,852
C12H10
21,261
- 5.451,295
- 115.900,079
Jumlah
602,553
- 1.736.206,519
Q17 = - 1.736.206,519 kJoule Q keluar = Qpenguapan + Q15 + Q17 = - 251.971,030 kJoule
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
8.
digilib.uns.ac.id
Menara Distilasi 1 (MD-01) Panas yang dibawa umpan (hF) (Arus 17) T umpan = 85,05 oC Umpan dalam keadaan cair jenuh. kmol
∫ Cp dT
C 6 H6
485,844
8.567.423 4.162.437,281
C 7 H8
95,606
9.735.275
930.753,672
C12H10
21,261
17.018.867
361.838,424
Jumlah
602,712
Komponen
Q(kJoule)
5.455.029,377
Q masuk = 5.455.029,377 kJoule Panas yang dibawa hasil atas (hD) (Arus 18) T atas
= 80,24 oC kmol
∫ Cp dT
C 6 H6
485,359
7.877,331 3.823.332,724
C 7 H8
0,287
8.953,343
2.567,988
C12H10
0,000
15.655,933
0,000
Jumlah
485,646
Komponen
Q
3.825.900,712
Panas yang dibawa hasil atas = 3.825.900,712 kJ Panas yang dibawa hasil bawah (hB) (Arus 19) T bawah
= 117,6 oC
Komponen C 6 H6 C 7 H8 C12H10 Jumlah
kmol 0,486
∫ Cp dT
Q
13.528,461
6.572,731
95,319
15.350,770 1.463.227,507
21,261
26.733,080
117,066
568.372,464 2.038.172,702
Panas yang dibawa hasil bawah = 2.038.172,702 kJ
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Panas vapor (HV) T atas
107,52 oC
=
kmol
Komponen
λ
Q
C 6 H6
1.087,051
30,4264 33.075.058,974
C 7 H8
0,642
35,3948
22.737,033
C12H10
0,000
72,4613
0,000
Jumlah
1.087,694
30,4264 33.097.796,007
Panas vapor = 33.097.796,007 kJ
Menghitung beban kondensor (QC) Vi.Hv - Qc = D.hD + Lo.hD Vi.Hv - Qc = Vi.hD Qc
= Vi (Hv-hD)
Qc
= 24.528.980,000 kJ
Menghitung beban reboiler (QR) F . hF – QC + QR = D . hD + B . hB QR
= D . hD + B . hB - F . hF + QC = 24.938.024,037 kJ
9.
Menara Distilasi II (MD-02) Panas yang dibawa umpan (hF) (Arus 19) T umpan = 117,6 oC Umpan dalam keadaan cair jenuh.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
Komponen C 6 H6
digilib.uns.ac.id
kmol
∫ Cp dT
Q
0,486 13.512,6566
C 7 H8
6.565,053
95,319 15.332,8981 1.461.523,969
C12H10 Jumlah
21,261 26.702,4213
567.720,635
117,066 13.512,6566 2.035.809,658
Q masuk = 2.035.809,658 kJoule
Panas yang dibawa hasil atas (hD) (Arus 21) T atas
=
Komponen
112,07 oC kmol
C 6 H6
0,486
C 7 H8
94,843
C12H10
0,042
Jumlah
95,371
∫ Cp dT
Q
8.411,736
4.086,798
10.597,284 1.005.077,000 16.699,185
710,012 1.009.873,810
Panas yang dibawa hasil atas = 1.009.873,810 kJ
Panas yang dibawa hasil atas (hO) (Arus 21) T atas
=
Komponen
112,07 oC kmol
∫ Cp dT
Q
C 6 H6
0,008 12.672,9725
96,365
C 7 H8
3,470 14.383,1766
49.911,780
C12H10
0,156 25.070,5168
3.920,842
Jumlah
3,635
53.928,987
Panas yang dibawa hasil atas = 53.928,987 kJ
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Panas yang dibawa hasil bawah (hB) (Arus 11) 245,07 oC
T bawah =
kmol
Komponen
∫ Cp dT
Q
C 6 H6
0,000
36.103,088
0,000
C 7 H8
0,477
40.505,345
19.304,743
C12H10
21,218
67.253,353
1.427.015,214
Jumlah
21,695
1.446.319,957
Panas yang dibawa hasil bawah = 1.446.319,957 kJ Panas vapor (HV) T atas
116.60 oC
=
kmol
Komponen
∫ Cp dT
λ
Q
C 6 H6
0,504
13.373,306
27,709
C 7 H8
98,458
15.175,309
33,221 4.765.017,646
C12H10
0,044
26.432,003
71,745
Jumlah
99,006
4.333,394 4.790.071,236
Panas vapor = 4.790.071,236 kJ Menghitung beban kondensor (QC) Vi.Hv - Qc = D.hD + Lo.hO Qc
= Vi.Hv – D.hD – Lo.HO
Qc
= 3.726.268,439 kJoule
Menghitung beban reboiler (QR) F . hF – QC + QR = D . hD + B . hB QR
20.720,196
= D . hD + B . hB - F . hF + QC = 4.146.652,548 kJoule
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LAMPIRAN D PERANCANGAN REAKTOR Fungsi
: Tempat berlangsungnya reaksi antara gas H2 dengan uap toluene membentuk benzene dan diphenyl
Jenis
: Reaktor Alir Pipa (RAP) Multitube
Fase
: Gas
Kondisi operasi : T = 920 K P = 25 atm non isothermal dan non adiabatic Tujuan
:
1. menentukan jenis reaktor 2. menentukan media pendingin 3. menentukan persamaan kecepatan reaksi 4. menyusun neraca massa dan neraca panas pada elemen tube 5. menentukan UD 6. menentukan jenis, ukuran dan susunan tube 7. menentukan dimensi shell 8. menghitung tebal dan panjang head 9. menghitung pressure drop sisi tube dan shell 10. menentukan waktu tinggal 11. menghitung panjang dan volume reaktor 12. menghitung diameter pipa pemasukan dan pengeluaran reaktor 1. Menentukan Jenis Reaktor Tipe reaktor yang digunakan adalah Reaktor Alir Pipa (RAP) multitube non isothermal non adiabatic. Tipe ini dipilih karena baik untuk reaksi yang berjalan cepat dan eksotermis. Multitube dipilih karena baik untuk transfer panas, karena reaksi termasuk highly exothermic.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2. Menentukan Jenis Pendingin Pendingin yang digunakan adalah Molten Salt jenis Hi Tech karena mempunyai range suhu mendinginkan dari 300-1000oF. 3. Menentukan Persamaan Kecepatan Reaksi Data kinetika reaksi Hidrodealkilasi Toluene. Reaksi 1 :
C7H8 + H2 → C6H6 + CH4
Reaksi 2 and 3 :
2 C6H6 C12H10 + H2
Hidrogen dan toluene bereaksi membentuk benzene dan metana pada reaksi 1, dan diphenyl terbentuk pada reaksi kedua. Reaksi kedua merupakan reaksi reversible, sehingga reaksi yang membentuk diphenyl disebut reaksi 2 dan reaksi kebalikannya disebut reaksi 3. Persamaan kecepatan reaksi dikalkulasi dan didapatkan nilai sebagai berikut: r = 3.6858. 10 . exp r = 0.62717. exp r = 0.08124. exp
2.5616. 10 − T
1.5362. 10 − T 1.2237. 10 − T
P
PP
.
PP
Dimana r1. r2 dan r3 dalam lbmol/(min.ft3), T dalam K, dan Pj dalam psia (www.engr.uky.edu) 4. Menyusun Neraca Massa Dan Neraca Panas Pada Elemen Volume Reaksi yang terjadi : C7H8 + H2 → C6H6 + CH4 2 C6H6 ↔ C12H10 + H2 Misal : A = C7H8 B = H2 C = C 6 H6 D = CH4 E = C12H10
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Ditinjau suatu elemen volume dalam reaktor: Z
F A |z
FA |z+Z Z
Z
A. Neraca Massa Toluen Pada Elemen Volume Pada Keadaan Steady Untuk sebuah tube: Rate of input – Rate of output – Rate of reaction = Rate of accumulation FA |z – FA |z+Z – A . z . (-r1) = 0 FA |z+Z – FA |z = – A . z . (-r1) lim z 0 = – A . (-r1) Karena FA = FA0 ( 1 – x1) (
.(
−F Untuk Nt buah tube:
))
= – A . (-r1) = – A . (-r1)
dx A . (−r ) = F dz
dx A . (−r ) = . Nt F dz B. Neraca Massa Benzene Pada Elemen Volume Pada Keadaan Steady Untuk sebuah tube: Rate of input – Rate of output – Rate of reaction = Rate of accumulation FC |z – FC |z+Z – A . z . {(-r2) – (r3)} = 0 FC |z+Z – FC |z = – A . z . {(-r2) – (r3)} lim z 0 = – A . {(-r2) – (r3)} Karena FC = FC1 ( 1 – x2)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
(
.(
))
−F
= – A . {(-r2) – (r3)} = – A . {(-r2) – (r3)} .{(
=
Untuk Nt buah tube:
– )(
)}
dx A . {(−r2) – (r3)} = . Nt dz F
C. Neraca Panas Pada Elemen Volume Z T |z F A |z
T|z+Z FA |z+Z
T p |z F p |z
Tp|z+Z Fp |z+Z Z
Z
Input – output + panas reaksi – panas yang diserap pendingin = akumulasi ∑Fi. Cpi (T − Tref)| − ∑Fi. Cpi (T − Tref)| lim∆
[F (
→
∑
.
(
∆+
[F (dx (−∆Hr ) +
F (dx (−∆Hr )] – Ud..ODt.z.(T-Tp).Nt = 0 )|
∆
∆
(−∆Hr ) + F (
∑
. (
)|
=
(−∆Hr )]
(∑ Fi. Cpi + F . ∑ ∆Cp . x)
= F (
– Ud. ..ODt.(T-Tp).Nt (−∆Hr ) + F (
Dimana: dx A . (−r ) = . Nt F dz
dx A . {(−r2) – (r3)} = . Nt dz F
commit to user
(−∆Hr )]
– Ud. ..ODt.(T-Tp).Nt
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
(∑ Fi. Cpi + F . ∑ ∆Cp . x)
=
[A. (−r ). (−∆Hr ) + A. {(−r ) − (r )}. (−∆Hr ) −Ud..ODt.(T-Tp)].Nt
dT [A. (−r ). (−∆Hr ) + A. {(−r ) − (r )}. (−∆Hr ) − Ud. π. ODt. (T − Tp)]. Nt = (∑ Fi. Cpi + F . ∑ ∆Cp . x) dz
D. Neraca Panas Pendingin Pada Elemen Volume Input – output + panas yang diserap pendingin = akumulasi F . Cp
0
lim∆
→
T − Tref | − F . Cp
T − Tref |
.
.
.
∆|
∆
.
F . Cp .
∆+
Ud..ODt.z.(T-Tp).Nt =
|
= Ud..ODt.(T-Tp).Nt
= Ud..ODt.(T-Tp).Nt
=
π..
.
.(
).
Dimana: Fp = Laju alir pendingin, mol/menit Cpp = Kapasitas panas pendingin, J/mol.K 5. Perhitungan UD Karena digunakan multitube plug flow reactor maka perhitungan perpindahan panas didekati dengan shell and tube heat exchanger. Nilai UD dicari dengan cara berikut: -
Sisi tube o Luas penampang total Nt. a′t 144. n o Flow rate a =
G =
W a
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
o Koefisien transfer panas pada lapisan film di dalam tube ID . G h = 0,33. μ
,
cp . μ k
,
k ID
o Koefisien film dalam tube yang disetarakan dengan luar tube h =h
Dimana:
a’t = luas area per tube, in2
ID OD
n = jumlah pass Wt = laju alir reaktan, lb/hr IDt = diameter dalam tube, ft t = viskositas fluida dalam tube, lb/ft.hr cpt = kapasitas panas fluida dalam tube, Btu/lb.oF kt = konduktivitas panas fluida dalam tube, Btu/(hr.ft2.(oF.ft)) -
Sisi shell o Clearence C’ = PT - ODt o Luas penampang aliran dalam shell ’..
As =
.
o Flow rate per luas area G =
W a
o Diameter ekuivalen ODt 4(P . 0,5. (0,86 − 1).3,14. 4 ) de = 0,5.3,14. ODt
de 12 o Koefisien transfer panas pada lapisan film di luar tube De =
ID . G h = 0,36. μ
,
cp . μ k
commit to user
,
k ID
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
o Koefisien transfer panas bersih (Btu/(hr.ft2.oF) U =
hio. ho (hio + ho)
o Koefisien transfer panas kotor (Btu/(hr.ft2.oF)
Dimana:
U
=
Uc (1 + Rd. Uc)
PT = jarak antar pusat tube (pitch), in IDs= diameter dalam shell, in B = jarak antar baffle, in Wp= laju alir pendingin S = viskositas fluida dalam shell, lb/(hr.ft) cpS = kapasitas panas fluida dalam shell, Btu/lboF kS = konduktivitas panas fluida dalam shell, Btu/(hr.ft2.(oF/ft)) Rd = dirt factor, hr.ft2.oF/Btu Dari Tabel 10.10 Ludwig diperoleh nilai Rd untuk molten salt adalah hr.ft2.oF/Btu.
0.0005
Dalam
perancangan
digunakan
Rd=0.0005
2o
hr.ft . F/Btu. 6. Persamaan Data-Data Sifat Fisis Yang Digunakan a. Kapasitas panas gas cpi = Ai + Bi.T + Ci.T2 + Di.T3 + Ei.T4 cpavg = (xi.cpi) dimana : xi = fraksi mol komponen i T = suhu, K cp = kapasitas panas gas, J/mol.K Untuk mengubah satuan cp ke dalam Btu/lboF dibagi dengan 4.1868 . BM
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
b. Viskositas gas i = (Ai + Bi.T + Ci.T2) x 10-4 =
Dimana :
∑
1 wi = fraksi massa komponen i T = suhu, K viskositas, centipoises
Untuk mengubah satuan ke dalam lb/hr.ft dikali dengan 2,4191. c. Konduktivitas panas gas k = Ai + Bi.T + Ci.T2 kcamp = (ki.wi) dimana: wi = fraksi massa komponen i T = suhu, K k = konduktivitas panas, W/(m.K) Untuk mengubah satuan k ke dalam Btu/(hr.ft.oF) dibagi dengan 1,73073 7. Menentukan Jenis, Ukuran Dan Susunan Tube Spesifikasi tube (Tabel 10 Kern): -
Diameter luar tube (ODt)
= 1,5 in
-
No. BWG
= 10
-
Diameter dalam tube (IDt) = 1,25 in
-
Flow area per tube (a_t)
= 1,19 in2
-
Tebal tube
= 0,25
-
Pitch (Pt)
= 15/8
-
Susunan tube
= triangular
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
C
Pt
Susunan tube yang dipilih adalah triangular pitch , dengan alasan: a. Turbulensi yang terjadi pada susunan tube segitiga sama sisi lebih besar dibandingkan dengan susunan bujur sangkar, karena fluida yang mengalir di antara pipa yang letaknya berdekatan akan langsung menumbuk pipa yang terletak pada deretan berikutnya. b. Koefisien perpindahan panas konveksi (h) pada susunan segitiga 25% lebih tinggi dibandingkan dengan fluida yang mengalir dalam shell pada susunan tube segi empat. c. Jumlah tube yang dapat ditempatkan di dalam ukuran shell yang sama dengan susunan bujur sangkar dapat lebih banyak. -
Jumlah tube (Nt)
= 307
-
Panjang tube (z)
= 6 m (dari program matlab)
-
UD
= 31.196 Btu/(hr.ft2.oF)
8. Menentukan Dimensi Shell -
Diameter dalam shell (IDs) = 39 in (Tabel 9 Kern)
-
Menghitung tebal minimum shell Bahan yang digunakan shell terbuat dari Sarbon Steel SA 213 TP-304 (18
Crom - 8 Nickel) dengan spesifikasi: f= 4500 psi E= 0.85 % Tebal shell dihitung dengan persamaan : =
.
. + − 0,6.
commit to user
(persamaan 13.1 Brownell)
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Di mana: ts = tebal shell minimum yang diperlukan, in P = design pressure, lb/in2 R = jari-jari dalam shell (0.5 IDs) F = max allowable stress, psi E = efisiensi pengelasan C = corossion allowable, in Faktor keamanan 20 % P = 367,5 psi x 1,2 = 441 psi r = 0.5.IDs = 19.5 in Tebal shell minimum yang diperlukan adalah : 441 . 19,5 = + 0,125 4500.0.85 − 0,6 . 441 = 2,5403 in
Tebal shell (ts) = 2,625 in Diameter luar shell (ODs) = 44,25 in 9. Data-data Data umpan reaktor : -
Suhu umpan masuk (Tin)
= 920 K
-
Tekanan
= 25 atm
-
Laju alir umpan
= 67.373,0839 kg/jam
Data Operasional : -
Diameter luar tube (ODt)
= 1,5 in
-
Diameter dalam tube (IDt)
= 1,25 in
-
Flow area per tube (a't)
= 1,19 in2
-
Suhu referensi (Tref)
= 25 oC
-
Jumlah tube
= 307
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
-
Jumlah tube pass
=1
-
Jumlah shell pass
=1
-
Pitch (Pt)
= 15/8
-
Diameter shell (IDs)
= 39 in
-
Baffle spacing (B)
= 10 in
-
Panjang reaktor (m)
=6m
Data pendingin: -
Suhu masuk pendingin
= 421 K
-
Tekanan
= 1 atm
-
Laju alir pendingin
= 31.746,0317 kg/jam
10. Menghitung Pangjang dan Tebal Head Bahan yang digunakan untuk head sama dengan shell dari Carbon Steel SA 213 TP-304 (18 Crom - 8 Nickel) dengan elliptical dished head. Berdasarkan tabel 5.11 Brownell, didapatkan: dish
= IDs / 4 = 9,75 in
sf
= 3 in
a
= IDs / 2 = 19,5 in
b
= sf + dish = 12,75 in
ke
= a / b = 1,529
karena ke ≠ 2 maka tebal head dihitung dengan persamaan : 1 (2 + ke ) 6 P .d .v + C th = 2. f. E − 0,2. P v=
(persamaan 7.56 dan 7.57 ,
Dimana :
Brownell)
th
= tebal shell minimum yang diperlukan, in
d
= diameter dalam spherical, in v=
1 (2 + 1,529 ) = 0,723 6
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
th =
441 . 39 . 0,723 + 0,125 2. 4500 .0,85 − 0,2 .441
th = 1,7699 in diambil tebal 1,875 in
Panjang head dihitung dengan cara berikut : t dish = ID/4 sf ID
OA (panjang head) = th + b = 14,625 in 11. Menghitung Panjang Reaktor dan Volume Reaktor -
Panjang reaktor
-
Volume reaktor diperoleh dari volume shell ditambah 2 kali volume head. Volume head
= 6 m (dari program matlab) = 0,000076.IDs3 (persamaan 5.14 Brownell) = 0,000076. 393 = 4,508 ft3
Volume shell
= /4.IDs2.z = 3,14/4.(39/12)2.19,685 = 163,219 ft3
Volume reaktor
= 2.volume head + volume shell = 172,235 ft3 = 4,874 m3
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PROGRAM MENGHITUNG PANJANG REAKTOR %sub routine function dydz=RAPpar(z,y) global P Wo wm ODt IDt IDs a_t Nt n PT Rd Tref R Ud dhr Ud_hit BM BMm BMm_avg To wo De Gs vismt xms Vt %x1=y(1); %conversion first reaction %x2=y(2); %conversion second reaction %T=y(3); %reactant's temperature %Tm=y(4); %molten salt's temperature
%REACTAN SIDE %[H2 CH4 C6H6 C7H8 C12H10] %molar flowrate Fo=(wo.*1000/60)./6;%mol/min %ractant's mol fraction F(1)=(Fo(1)-Fo(4)*y(1))+(0.5*y(2)*(Fo(3)+Fo(4)*y(1))); F(2)=Fo(2)+Fo(4)*y(1); F(3)=(Fo(3)+Fo(4)*y(1))*(1-y(2)); F(4)=Fo(4)-Fo(4)*y(1); F(5)=Fo(5)+(0.5*y(2)*(Fo(3)+Fo(4)*y(1))); F=[F(1) F(2) F(3) F(4) F(5)];
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
FT=sum(F); xi=F./FT;
%reactan's mass fraction W=F.*BM; %gram/min Wt=sum(W); Wi=W./Wt;
%physical properties of reaction side %Heat capacity(yaws) CpA=[25.399 34.942 -31.368 -24.097 -29.153]; CpB=[2.0178E-02 -3.9957E-02 4.7460E-01 5.2187E-01 7.6716E-01]; CpC=[-3.8549E-05 1.9184E-04 -3.1137E-04 -2.9827E-04 -3.4341E-04]; CpD=[3.1880E-08 -1.5303E-07 8.5237E-08 6.1220E-08 -3.7724E-08]; CpE=[-8.7585E-12 3.9321E-11 -5.0524E-12 1.2576E-12 4.6179E-11]; Cpmol=CpA+CpB.*y(3)+CpC.*y(3)^2+CpD.*y(3)^3+CpE.*y(3)^4; %J/molK Cpmol_avg=sum(xi.*Cpmol); %J/mol.K BM_avg=sum(BM.*xi); %g/mol Cpgram_avg=Cpmol_avg/BM_avg;%J/g.K Cpt=Cpgram_avg*453.5924*274/(1054.4*33.8);%Btu/lb.F
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
%viscosity visA=[27.758 3.844 -0.151 1.787 13.498]; visB=[2.1200E-01 4.0112E-01 2.5706E-01 2.3566E-01 2.4098E-01]; visC=[-3.2800E-05 -1.4303E-04 -8.9797E-06 -9.3508E-06 -2.9320E-05]; Vis=(visA+visB.*y(3)+visC.*y(3)^2)*10^-4; %cP vis=Vis.*2.4191; %lb/ft.hr vis_t=1/sum(Wi./vis); %Thermal Conductivity kA=[-0.01060 -0.00935 -0.00565 -0.00776 -0.00788]; kB=[7.8123E-05 1.4028E-04 3.4493E-05 4.4905E-05 4.2910E-05]; kC=[-5.0028E-10 3.3180E-08 6.9298E-08 6.4514E-08 3.4569E-08]; ko=kA+kB.*y(3)+kC.*y(3)^2; %W/m.K k=ko.*(3600*0.3048*274/(1054.4*33.8)); %Btu/hr.ft.F kt=sum(k.*Wi); %Density rho=P.*BM./(R*y(3)); rho_camp=1/sum(Wi./rho); %gram/cm3 %Volume rate of reactant Vt=Wt/rho_camp; %cm3/min %reactan concentration C=F./Vt;%mol/cm3
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Ckonv=C./(453.59*28316.85); %lbmol/ft^3 %Reactant pressure wtot=sum(wo); ya=wo./wtot; Pa=ya.*P;%atm Pat=Pa./14.7;%psia %MOLTENSALT SIDE %we use moltensalt as reactor's cooler %moltensalt=[NaNO2 NaNO3 KNO3] Fmi=wm.*1000/60; %mol/min Fm=sum(Fmi); %PHYSICAL PROPERTIES OF MOLTENSALT SIDE %Heat Capacity Cpmt=0.373; %Btu/lb.F cpmt=Cpmt*4184*BMm_avg*274/(33.8*1000) %J/mol.K %Viscosity Vismt=-0.00000000000110577*y(4)^5+0.00000000404735*y(4)^40.00000584054*y(4)^3+0.004167102*y(4)^2-1.48199155*y(4)+215.1416667; %cP vismt=Vismt*2.4191; %lb/ft.hr
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
%thermal conductivity kmt=0.000000000547541*y(4)^30.00000112012*y(4)^2+0.000553551*y(4)+0.174569041; %Btu/hr.ft.F %density rhomt=(-0.025*y(4))+130.5; %lb/ft^3 %Ud Wtube=Wt*60/453.59; %lb/hr IDtube=IDt/12;%ft Wshell=Fm*BMm_avg*60/453.59;%lb/hr %tube side at=Nt*a_t/(144*n);%ft2 Gt=Wtube/at;%lb/hr.ft2 hi=0.027*((IDtube*Gt/vis_t)^0.8)*((Cpt*vis_t/kt)^(1/3))*(kt/IDtube);%Btu/hr.ft2 .F hio=hi*IDt/ODt;%Btu/hr.ft2.F %shell side Clearance=PT-ODt;%in B=IDs;%in as=IDs*Clearance*B/(144*PT);%ft2 Gs=Wshell/as;%lb/hr.ft2 de=(4*((0.5*(PT^2)*0.86)-((0.5*3.14*(ODt^2))/4)))/(0.5*3.14*ODt);%in De=de/12;%ft
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
vis_s=vismt;%lb/ft.hr Cps=Cpmt;%Btu/lb.F ks=kmt;%Btu/hr.ft.F ho=0.36*((De*Gs/vis_s)^0.55)*((Cps*vis_s/ks)^(1/3))*(ks/De);%Btu/hr.ft2.F Uc=hio*ho/(hio+ho);%Btu/hr.ft2.F Ud_hit=Uc/(1+Rd*Uc);%Btu/hr.ft2.F Ud=Ud_hit*1054.4*33.8/(60*929.0304*274);%J/min.cm2.K %Heat of reaction dhf298=[0 -74520 82930 50170 182090];%J/mol dhr298(1)=dhf298(3)+dhf298(2)-dhf298(1)-dhf298(4); dhr298(2)=dhf298(5)+dhf298(1)-2*dhf298(3); dcpa(1)=CpA(3)+CpA(2)-CpA(1)-CpA(4); dcpa(2)=CpA(5)+CpA(1)-2.*CpA(3); dcpb(1)=CpB(3)+CpB(2)-CpB(1)-CpB(4); dcpb(2)=CpB(5)+CpB(1)-2.*CpB(3); dcpc(1)=CpC(3)+CpC(2)-CpC(1)-CpC(4); dcpc(2)=CpC(5)+CpC(1)-2.*CpC(3); dcpd(1)=CpD(3)+CpD(2)-CpD(1)-CpD(4); dcpd(2)=CpD(5)+CpD(1)-2.*CpD(3); dcpe(1)=CpE(3)+CpE(2)-CpE(1)-CpE(4); dcpe(2)=CpE(5)+CpE(1)-2.*CpE(3);
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
dcp=dcpa+dcpb.*y(3)+(dcpc.*(y(3)^2))+(dcpd.*(y(3)^3))+(dcpe.*(y(3)^4));%J/m ol.K int_cp=(dcpa.*(y(3)-Tref))+(dcpb./2*((y(3)^2)-Tref^2))+(dcpc./3*((y(3)^3)Tref^3))+(dcpd./4*((y(3)^4)-Tref^4))+(dcpe./5*((y(3)^5)-Tref^5)); dhr=dhr298+int_cp;%J/mol %reaction kinetics ra(1)=3.6858E06*exp(2.5616E04/y(3))*Ckonv(4)*(Ckonv(1)^0.5)*(3.57458*y(3))^(3/2);%lbmol/min.ft 3 dengan ketetapan R=3.57458btu/lbmol.K ra(2)=0.62717*exp(1.5362E04/y(3))*(Ckonv(3)^2)*((3.57458*y(3))^2);%lbmol/min.ft3 ra(3)=-0.08124*exp(1.2237E04/y(3))*Ckonv(5)*Ckonv(1)*((3.57458*y(3))^2);%lbmol/min.ft3 r=ra.*1.601846E-02;%mol/min.cm3 %Partial differential Equation A=3.14/4*(IDt*2.54)^2;%cm2 Ar=A.*r; Fc1=Fo(3)+(Fo(4)*y(1)); dx1dz=(Ar(1)*Nt/Fo(4)); dx2dz=((Ar(2)-Ar(3))*Nt/Fc1)*10^11; dTdz=((Fo(4)*(dx1dz)*(-dhr(1)))+(Fc1*(dx2dz)*(-dhr(2)))(Ud*3.14*(ODt*2.54)*(y(3)y(4)))*Nt)/((sum(F.*Cpmol))+(Fo(4)*(sum(dcp.*y(1))))); dTmdz=((Ud*3.14*(ODt*2.54)*(y(3)-y(4))*Nt)/(Fm.*cpmt));
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
dydz=[dx1dz; dx2dz; dTdz; dTmdz]; %Program Utama clear all, clc, close all global P Wo wm ODt IDt IDs a_t Nt n PT Rd Tref R Ud dhr Ud_hit BM BMm BMm_avg To wo De Gs vismt xms Vt %x1=y(1); %conversion first reaction %x2=y(2); %conversion second reaction %T=y(3); %reactant's temperature %Tm=y(4); %molten salt's temperature %REACTAN SIDE %[H2 CH4 C6H6 C7H8 C12H10] To=920 %K P=25 %atm Pm=1 %atm wo=[3230 72.6584867 4 646 0.04251995];%kmol/jam BM=[2 16 78 92 154]; Wo=wo.*BM;%kg/jam G=sum(Wo)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
%Molten Salt %[NaNO2 NaNO3 KNO3] wm=(14.4).*[4.995004995 0.874125874 6.618381618];%kmol/jam BMm=[62 78 94]; Wm=wm.*BMm;%kg/jam sum(Wm); Tmo=421%K xms=wm./sum(wm); BMm_avg=sum(BMm.*xms); disp 'tube dimension' %SA 213 18 Cr - 8 Ni ODt=1.5%tube outside diameter, in IDt=1.23%tube inside diameter, in IDs=39%shell inside diameter, in a_t=1.19%flow area per tube, in2 PT=15/8%pitch Nt=307%number of tube n=1%number of passes Tref=298;%reference temperature R=82.0;%cm3.atm/mol.K Rd=0.0005%dirt factor hr.ft2.F/Btu
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BWG=10 disp 'shell dimension' %SA 213 18 Cr - 8 Ni %max operation 1200F %IDs=39 inch f=4500;%psi (tensile strength) E=0.85%welding efficiency Pd=1.2*P*14.7%psi design pressure Rs=0.5*IDs%jari2, in c=1/8; ts_min=(Pd*Rs/(f*E-0.6*Pd))+c%tebal shell min, in ts=21/8%in ODs=IDs+2*ts%outer diameter of shell, in disp 'head dimension' disp 'elliptical head' disp 'from table 5.11 Brownell' dish=IDs/4%in sf=3%in a=IDs/2%jari2 head, in b=sf+dish%tinggi head, in ke=a/b%knuckle radius
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
disp 'because ke =/= 2 so' ve=1/6*(2+ke^2) th_min=(Pd*IDs*ve/(2*E*f-0.2*Pd))+c%head thickness, in th=15/8%in vh=0.000076*(IDs^3)%volume head, ft3 disp 'head length' disp 'from table 5.11 Brownell for th=0.625 in' head_length=b+th%in %Solve the differential eqution yo=[0 0 To Tmo];%initial condition zs=linspace(0,600,50);%reactor length,cm [z,y]=ode45(@RAPpar,zs,yo); %show the result as table disp '
z
x1
x2
T
Tm'
disp '----------------------------------------------------------------------' disp([z,y]); x1=y(end,1) x2=y(end,2) zR=z(end) t=((zR*(a_t*2.54^2)*Nt)/Vt)*60
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
%Show the result as graphic figure(1) plot(z,y(:,1),'r',z,y(:,2),'b') legend('x1','x2') figure(2) plot(z,y(:,3),z,y(:,4)) legend('reaction temperature','molten salt temperature') RUN PROGRAM REAKTOR To = 920 P = 25 Pm =
1
G = 6.7373e+004 Tmo = 421 tube dimension ODt = 1.5000 IDt = 1.2300 IDs = 39 a_t = 1.1900 PT = 1.8750 Nt = 307 n=
1
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Rd = 5.0000e-004 BWG = 10 shell dimension E = 0.8500 Pd = 441 Rs = 19.5000 ts_min = 2.5403 ts = 2.6250 ODs = 44.2500 head dimension elliptical head from table 5.11 Brownell dish = 9.7500 sf =
3
a = 19.5000 b = 12.7500 ke = 1.5294 because ke =/= 2 so ve = 0.7232 th_min = 1.7699 th = 1.8750
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
vh = 4.5082 head length from table 5.11 Brownell for th=0.625 in head_length = 14.6250
z
x1
x2
T
Tm
-------------------------------------------------------------------------------------------------0
0
0
920.0000
421.0000
12.2449
0.0280
0.0003
921.2137
421.5252
24.4898
0.0561
0.0004
922.4406
422.0516
36.7347
0.0844
0.0006
923.6782
422.5790
48.9796
0.1127
0.0008
924.9232
423.1076
61.2245
0.1412
0.0010
926.1718
423.6372
73.4694
0.1696
0.0013
927.4197
424.1680
85.7143
0.1981
0.0016
928.6621
424.6998
97.9592
0.2265
0.0020
929.8934
425.2328
110.2041
0.2548
0.0024
931.1075
425.7668
122.4490
0.2830
0.0029
932.2978
426.3019
134.6939
0.3109
0.0035
933.4568
426.8381
146.9388
0.3386
0.0041
934.5768
427.3752
159.1837
0.3659
0.0048
935.6495
427.9132
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
171.4286
0.3929
0.0056
936.6663
428.4522
183.6735
0.4193
0.0064
937.6184
428.9919
195.9184
0.4452
0.0073
938.4970
429.5324
208.1633
0.4705
0.0084
939.2933
430.0735
220.4082
0.4950
0.0095
939.9990
430.6152
232.6531
0.5188
0.0107
940.6065
431.1573
244.8980
0.5418
0.0119
941.1085
431.6997
257.1429
0.5639
0.0133
941.4988
432.2424
269.3878
0.5851
0.0148
941.7725
432.7851
281.6327
0.6054
0.0163
941.9256
433.3278
293.8776
0.6246
0.0180
941.9555
433.8703
306.1224
0.6429
0.0197
941.8608
434.4125
318.3673
0.6602
0.0215
941.6414
434.9542
330.6122
0.6765
0.0234
941.2984
435.4953
342.8571
0.6917
0.0254
940.8339
436.0357
355.1020
0.7061
0.0274
940.2512
436.5752
367.3469
0.7195
0.0295
939.5542
437.1137
379.5918
0.7320
0.0316
938.7477
437.6510
391.8367
0.7436
0.0339
937.8370
438.1871
404.0816
0.7545
0.0361
936.8276
438.7218
416.3265
0.7645
0.0384
935.7254
439.2551
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
428.5714
0.7738
0.0408
934.5364
439.7867
440.8163
0.7825
0.0432
933.2666
440.3167
453.0612
0.7904
0.0456
931.9221
440.8450
465.3061
0.7978
0.0481
930.5085
441.3714
477.5510
0.8047
0.0506
929.0316
441.8958
489.7959
0.8110
0.0531
927.4966
442.4183
502.0408
0.8168
0.0556
925.9088
442.9388
514.2857
0.8222
0.0581
924.2730
443.4571
526.5306
0.8272
0.0607
922.5937
443.9732
538.7755
0.8318
0.0632
920.8752
444.4872
551.0204
0.8360
0.0657
919.1214
444.9989
563.2653
0.8399
0.0683
917.3361
445.5083
575.5102
0.8436
0.0708
915.5226
446.0154
587.7551
0.8469
0.0733
913.6842
446.5201
600.0000
0.8500
0.0758
911.8237
447.0225
x1 = 0.8500 x2 = 0.0758 zR = 600 t = 2.5839
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar
Konversi vs Panjang Reaktor
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar
Temperatur vs Panjang Reaktor
commit to user