Post on 07-Feb-2018
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK ACRYLONITRILE DENGAN
PROSES DEHIDRASI ETHYLENE CYANOHYDRIN
KAPASITAS 50.000 TON/TAHUN
Disusun Oleh :
1. Diah Kartika Puspita Sari ( I 0508004 )
2. Gemma Cintya Binajit ( I 0508046 )
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
r00 I 20866191
rrB)lrtrEsIo
'e'*F
$r&ff
-**,
I00 z €00002 9(,ltzL6r'drN'I'nt ''J'S ''V Buer(ntsFr1 r(uug '7,
I00 z t06L6t szl00s6l 'dIN
qn1se4 Ewpug 'r1 'I
: rltrEued urp uedep tp ue4ueqepeftq
t00 7, 208661 lEr0EL6I'dINffi
ola /.f,
r00 I 109861 9Z'08S6I'dINTTr@=q
Y*#-l Euqtutqrue4
NNIIVJ/NOI OOO' OS SYIISYdY)T
NIVQTHONVTJ gNflITHTg ISYU(IIHS(
SgSOUd NVCNflO flTIATINOTTVJV NTUflVd NYCNVJ\IVUYUd
UIIDTY SYONI
NVr{VStrCNUd Uvgtttf,T
9108090 r
r0080s0 I
{["qg ef]ulC eunues
pug e4dsnd e>lpre; IIEIC
: qolo
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT, karena limpahan
rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan
Laporan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan
Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun”.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan
dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa dan semangat yang
senantiasa diberikan.
2. Ir. Paryanto, M.S. dan Dwi Ardiana S., S.T., M.T. selaku dosen pembimbing
atas bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas akhir ini.
3. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia atas bimbingannya.
4. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik dan Dosen
Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir atas bimbingan dan arahannya.
5. Ir. Endang Mastuti selaku Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir
atas bimbingan dan arahannya.
6. Seluruh dosen, laboran, dan administrasi Jurusan Teknik Kimia atas ilmu,
arahan, dan bantuannya selama ini.
7. Seluruh teman – teman Teknik Kimia UNS, khususnya angkatan 2008.
8. Seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari
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, Agustus 2012
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
DAFTAR ISI
Halaman Judul ..................................................................................................... i
Lembar Pengesahan ............................................................................................ ii
Kata Pengantar .................................................................................................... iii
Daftar Isi.............................................................................................................. iv
Daftar Tabel ........................................................................................................ ix
Daftar Gambar ..................................................................................................... xii
Intisari ................................................................................................................. xiii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ............................................. 1
1.2. Kapasitas Rancangan ............................................................... 3
1.2.1 Kebutuhan Dalam Negeri ............................................. 3
1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ............................................ 4
1.2.3 Kebutuhan Luar Negeri ................................................ 5
1.2.4 Kapasitas Rancangan Minimum .................................. 6
1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik .......................................................... 8
1.4. Tinjauan Pustaka ...................................................................... 10
1.4.1 Macam-Macam Proses Pembuatan Acrylonitrile ......... 10
1.4.2 Kegunaan Produk ......................................................... 14
1.4.3 Sifat – sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku,
Bahan Pembantu, dan Produk ...................................... 15
1.4.4.1 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku ....................... 15
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
1.4.4.2 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Pembantu ............... 16
1.4.4.3 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Produk ............................... 17
1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum .................................... 18
BAB I DESKRIPSI PROSES ....................................................................... 20
2.1. Spesifikasi Bahan baku, Bahan Pembantu, dan Produk ........... 20
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku................................................ 20
2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu ........................................ 20
2.1.3 Spesifikasi Produk ........................................................ 21
2.2. Konsep Proses .......................................................................... 21
2.2.1 Dasar Reaksi................................................................. 21
2.2.2 Mekanisme Reaksi ....................................................... 21
2.2.3 Kondisi Operasi ............................................................ 25
2.2.4 Tinjauan Kinetika ......................................................... 26
2.2.5 Tinjauan Termodinamika ............................................. 26
2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ................................ 29
2.3.1 Diagram Alir Proses ..................................................... 29
2.3.2 Tahapan Proses............................................................. 32
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas .............................................. 35
2.4.1 Neraca Massa ............................................................... 35
2.4.2 Neraca Massa Total ...................................................... 35
2.4.3 Neraca Massa Alat ....................................................... 36
2.4.4 Neraca Panas ................................................................ 41
2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan ................................................... 47
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
2.5.1 Lay Out Pabrik ............................................................. 47
2.5.2 Lay Out Peralatan ......................................................... 49
BAB III SPESIFIKASI ALAT ........................................................................ 51
3.1. Spesifikasi Alat Utama ............................................................. 51
3.2. Spesifikasi Alat Pendukung ..................................................... 56
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ............. 81
4.1. Unit Pendukung Proses ............................................................ 81
4.1.1 Unit Pengadaan Air ...................................................... 83
4.1.2 Unit Pengadaan Steam.................................................. 89
4.1.3 Unit Pengadaan Pemanas Reaktor ............................... 92
4.1.4 Unit Pengadaan Udara Tekan....................................... 93
4.1.5 Unit Pengadaan Listrik ................................................. 94
4.1.6 Unit Pengadaan Bahan Bakar....................................... 99
4.2. Unit Pengolahan Limbah.......................................................... 100
4.2.1 Pengolahan Limbah Cair .............................................. 101
4.2.2 Pengolahan Limbah Padat ............................................ 103
4.3. Laboratorium ............................................................................ 104
4.3.1 Laboratorium Fisik ....................................................... 106
4.3.2 Laboratorium Analitik .................................................. 106
4.3.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan............... 106
4.3.4 Prosedur Analisa Bahan Baku ...................................... 107
4.3.5 Prosedur Analisa Proses Produksi ................................ 108
4.3.6 Prosedur Analisa Produk .............................................. 108
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
4.3.7 Prosedur Analisa Utilitas.............................................. 109
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ....................................................... 111
5.1 Bentuk Perusahaan ................................................................... 111
5.2 Struktur Organisasi .................................................................. 112
5.3 Tugas dan Wewenang .............................................................. 117
5.3.1 Pemegang Saham ......................................................... 117
5.3.2 Dewan Komisaris ......................................................... 117
5.3.3 Dewan Direksi .............................................................. 118
5.3.4 Staf Ahli ....................................................................... 119
5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ..................... 119
5.3.6 Kepala Bagian .............................................................. 120
5.3.7 Kepala Seksi ................................................................. 123
5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ............................................. 124
5.4.1 Karyawan non shift ..................................................... 124
5.4.2 Karyawan Shift ............................................................ 124
5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah .......................................... 126
5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ............... 127
5.7 Kesejahteraan Sosial Tenaga Kerja .......................................... 129
BAB VI ANALISA EKONOMI ...................................................................... 131
6.1 Penaksiran Harga Peralatan...................................................... 132
6.2 Dasar Perhitungan .................................................................... 134
6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) .............................. 134
6.4 Hasil Perhitungan ..................................................................... 136
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
Daftar Pustaka
Lampiran
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Data Impor Acrylonitrile di Indonesia ........................................ 3
Tabel 1.2. Kebutuhan Acrylonitrile di Bererapa Negara Asia ..................... 5
Tabel 1.3. Data Pabrik Penghasil Acrylonitrile di Dunia ............................. 6
Tabel 1.4. Perbandingan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin, Proses
Acetylene, dan Proses Propylene Ammoxidation ......................... 13
Tabel 1.5. Persentase Konsumsi Acrylonitrile sebagai Bahan Baku ........... 14
Tabel 2.1. Neraca Massa Total ..................................................................... 35
Tabel 2.2. Neraca Massa Tee 1 .................................................................... 36
Tabel 2.3. Neraca Massa Tee 2 .................................................................... 36
Tabel 2.4. Neraca Massa Vaporizer (VP-01) ............................................... 37
Tabel 2.5. Neraca Massa Reaktor (R-01) ..................................................... 37
Tabel 2.6. Neraca Massa Condenser (CD-01) ............................................. 38
Tabel 2.7. Neraca Massa Decanter (D-01) .................................................. 38
Tabel 2.8. Neraca Massa Menara Distilasi 1 (MD-01) ................................ 39
Tabel 2.9. Neraca Massa Menara Distilasi 2 (MD-02) ................................ 39
Tabel 2.10. Neraca Massa Menara Distilasi 3 (MD-03) ................................ 40
Tabel 2.11. Neraca Massa Tee 3 .................................................................... 40
Tabel 2.12. Neraca Massa Heat Exchanger (HE-01) ..................................... 41
Tabel 2.13. Neraca Panas di Sekitar Tee 1 ..................................................... 41
Tabel 2.14. Neraca Panas di Sekitar Tee 2 ..................................................... 42
Tabel 2.15. Neraca Panas di Sekitar Vaporizer (VP-01) ............................... 42
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
Tabel 2.16. Neraca Panas di Sekitar Reaktor (R-01) ..................................... 43
Tabel 2.17. Neraca Panas di Sekitar Condenser (CD-01) .............................. 43
Tabel 2.18. Neraca Panas di Sekitar Menara Distilasi 1 (MD-01)................. 44
Tabel 2.19. Neraca Panas di Sekitar Menara Distilasi 2 (MD-02)................. 44
Tabel 2.20. Neraca Panas di Sekitar Menara Distilasi 3 (MD-03)................. 45
Tabel 2.21. Neraca Panas di Sekitar Tee 3 ..................................................... 46
Tabel 2.22. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger (HE-01) ..................... 46
Tabel 4.1. Kebutuhan Air Pendingin ............................................................ 84
Tabel 4.2. Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ........................... 86
Tabel 4.3. Kebutuhan Air Umpan Boiler ..................................................... 89
Tabel 4.4. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses ................................ 94
Tabel 4.5. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Utilitas ............................... 95
Tabel 4.6. Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan .............................. 97
Tabel 4.7. Total Kebutuhan Listrik Pabrik ................................................... 99
Tabel 4.8. Total Kebutuhan Bahan Bakar Pabrik ......................................... 100
Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kelompok Shift ............................................. 125
Tabel 5.2. Jumlah dan Gaji Karyawan Menurut Jabatan ............................. 128
Tabel 6.1. Indeks Harga Alat........................................................................ 133
Tabel 6.2. Fixed Capital Investment ............................................................ 136
Tabel 6.3. Working Capital Investment ........................................................ 137
Tabel 6.4. Direct Manufacturing Cost ......................................................... 137
Tabel 6.5. Indirect Manufacturing Cost ....................................................... 138
Tabel 6.6. Fixed Manufacturing Cost ......................................................... 138
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
Tabel 6.7. General Expense ......................................................................... 139
Tabel 6.8. Analisa Kelayakan....................................................................... 143
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Grafik Data Impor Acrylonitrile di Indonesia ............................. 4
Gambar 1.2. Peta Lokasi Pabrik Acrylonitrile ................................................. 8
Gambar 2.1. Diagram Alir Kualitatif ............................................................... 30
Gambar 2.2. Diagram Alir Kuantitatif ............................................................. 31
Gambar 2.3. Lay Out Pabrik Acrylonitrile ....................................................... 48
Gambar 2.4. Lay Out Peralatan Proses............................................................. 50
Gambar 4.1. Skema Pengolahan Air Laut ....................................................... 84
Gambar 4.2. Skema Pengolahan Air Umpan Boiler ....................................... 89
Gambar 4.3. Skema Unit Pengolahan Limbah (UPL)...................................... 103
Gambar 5.1. Struktur Organisasi Pabrik Acrylonitrile ..................................... 116
Gambar 6.1. Grafik Linierisasi Indeks Harga .................................................. 134
Gambar 6.2. Grafik Analisa Kelayakan ........................................................... 145
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
INTISARI
Diah Kartika Puspita Sari, Gemma Cintya Binajit, 2012, Prarancangan
Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin
Kapasitas 50.000 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Universitas Sebelas
Maret, Surakarta. Acrylonitrile (C3H3N) adalah bahan kimia yang mempunyai fungsi yang
sangat penting dalam menunjang pembangunan di sektor industri, yaitu sebagai
bahan kimia antara (intermediate) dalam pembuatan polimer seperti acrylic fibre,
termoplastik, Acrylonitrile Butadiene Styrene dan Styrene Acrylonitrile, karet
sintetik, dan juga adiponitrile. Pabrik acrylonitrile dengan bahan baku yang
berupa ethylene cyanohydrin dengan kebutuhan sebesar 68.800 ton/tahun akan
didirikan di Cilegon, Banten pada tahun 2017 dengan kapasitas 50.000 ton/tahun.
Pembuatan acrylonitrile ini melalui 3 tahap yaitu tahap persiapan bahan
baku, pembentukan produk, dan pemurnian produk. Pada tahap persiapan bahan
baku, ethylene cyanohydrin dialirkan ke vaporizer untuk diuapkan dan dipanaskan
sampai 280oC. Pada tahap pembentukan produk, ethylene cyanohydrin yang telah
diuapkan dialirkan ke dalam reaktor fixed bed multitube, non adiabatic, non
isothermal dengan kondisi operasi 280oC - 251
oC dan tekanan 1,3 atm. Reaksi
berlangsung pada fase gas dengan menggunakan katalis alumina. Pada tahap
pemurnian produk, larutan acrylonitrile yang terbentuk dimurnikan dengan
menara distilasi untuk memperoleh larutan acrylonitrile 99%.
Unit pendukung proses meliputi unit pengadaan air pendingin dan
pemadam kebakaran yang bersumber dari air laut, yaitu dengan kebutuhan sebesar
704.258,78 kg/jam. Sedangkan untuk air umpan boiler dan konsumsi umum dan
sanitasi diperoleh dari PT Krakatau Tirta Industri (PT KTI) dengan kebutuhan
sebesar 6.467,75 kg/jam. Unit pengadaan steam dengan kebutuhan sebesar
28.184,59 kg/jam. Unit pengadaan listrik sebesar 424,48 kW dari PLN dan
generator. Unit pengadaan bahan bakar IDO sebesar 0,573 m3/jam. Unit
pengadaan udara tekan sebesar 75,44 m3/jam. Limbah cair yang mengandung
acrylonitrile akan direaksikan dengan sodium (Bi) Sulphite menjadi sodium
sulphonate yang bersifat biodegradable sehingga aman untuk dibuang ke
lingkungan. Limbah padat yang berasal dari limbah domestik ditampung di bak
penampung kemudian dikirim ke Tempat Pembuangan Akhir (TPA). Sedangkan
untuk limbah padat yang berasal dari pengendapan limbah cair dipendam di dalam
tanah. Pabrik juga didukung dengan laboratorium yang berfungsi untuk
mengontrol kualitas bahan baku dan produk (hidrometer, viskometer tube, GC-
MS) serta proses produksi (GC-MS).
Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas dengan struktur
organisasi line and staff. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 200 orang.
Hasil analisis ekonomi didapatkan Rate of Return (ROI) sebesar 52,20%
sebelum pajak dan 39,15% sesudah pajak. Pay Out Time (POT) didapatkan
sebesar 1,66 tahun sebelum pajak dan 2,12 tahun sesudah pajak. Break Even Point
(BEP) sebesar 54,51%, Shut Down Point (SDP) sebesar 45,80%, dan Discounted
Cash Flow (DCF) sebesar 12,98%. Dari hasil analisa ekonomi dapat disimpulkan
bahwa pabrik acrylonitrile layak untuk didirikan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Sejalan dengan laju perkembangan industri yang semakin besar, 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, sebagai tulang punggung perekonomian negara, banyak memegang
peranan dalam memajukan perindustrian di Indonesia. Inovasi proses produksi
maupun pembangunan pabrik baru yang berorientasi pada pengurangan
ketergantungan terhadap produk impor maupun untuk menambah devisa negara
sangat diperlukan, salah satunya dengan pembangunan pabrik acrylonitrile.
Acrylonitrile (C3H3N) adalah senyawa kimia tak jenuh berikatan rangkap
karbon-karbon yang berkonjugasi dengan golongan nitril (Kirk & Othmer, 1991).
Acrylonitrile yang sering juga disebut sebagai acrylic acid nitrile, propylene
nitrile, vinyl cyanide, dan propenoic acid nitrile, merupakan cairan jernih, tidak
berwarna, dan larut dalam berbagai pelarut organik, seperti etanol, aseton, etil
asetat, karbon tetraklorida, dan benzene, namun hanya larut sebagian dalam air
(Nexant, Inc., 2006). Acrylonitrile mempunyai fungsi yang sangat penting dalam
menunjang pembangunan di sektor industri, yaitu sebagai bahan kimia antara
(intermediate) dalam pembuatan polimer seperti acrylic fibers, termoplastik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 2
(Acrylonitrile/Butadiene/Styrene dan Styrene/Acrylonitrile), karet sintetik, dan
juga adiponitrile (Dimian dan Bildea, 2008).
Hingga saat ini acrylonitrile masih diimpor dari Jepang, Singapura, dan
Amerika. Dengan didirikannya pabrik acrylonitrile di Indonesia, kemungkinan
impor dapat dikurangi. Bahkan apabila produksi sudah melebihi kebutuhan dalam
negeri, acrylonitrile dapat menjadi produk ekspor. Dengan semakin meningkatnya
perkembangan industri di Indonesia, maka diperkirakan permintaan bahan baku
acrylonitrile pada tahun-tahun mendatang juga akan meningkat. Selain
pertimbangan tersebut, pendirian pabrik ini juga didasarkan pada hal-hal sebagai
berikut :
a. Dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri.
b. Dapat menambah devisa negara dengan mengekspor hasil produksi
acrylonitrile ke luar negeri.
c. Mengurangi ketergantungan impor acrylonitrile.
d. Membuka lapangan kerja baru bagi penduduk di sekitar wilayah
industri yang akan didirikan, yang berarti dapat mengurangi jumlah
pengangguran.
e. Mendukung berkembangnya pabrik kimia lain yang menggunakan
acrylonitrile sebagai bahan baku.
f. Meningkatkan kualitas sumber daya manusia Indonesia lewat alih
teknologi.
Dari berbagai pertimbangan di atas dapat disimpulkan bahwa pendirian
pabrik acrylonitrile di Indonesia sangat diperlukan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 3
1.2 Kapasitas Rancangan
Dalam pemilihan kapasitas pabrik acrylonitrile ada beberapa
pertimbangan yang perlu diperhatikan yaitu :
1.2.1 Kebutuhan Dalam Negeri
Kebutuhan acrylonitrile di Indonesia hampir setiap tahun mengalami
peningkatan. Berdasarkan data yang diperoleh dari Biro Pusat Statistik (BPS)
tahun 2005 – 2011, perkembangan jumlah impor acrylonitrile Indonesia sejak
tahun 2005 dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Data Impor Acrylonitrile di Indonesia
Tahun Impor (Ton/tahun)
2005 7.000,166
2006 7.808,004
2007 8.315,807
2008 6.412,171
2009 6.252,186
2010 8.947,247
2011 7.572,125
(bps.go.id)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 4
Gambar 1.1 Grafik Data Impor Acrylonitrile di Indonesia
Dari Gambar 1.1, diperoleh suatu persamaan regresi linier untuk
mengetahui kebutuhan acrylonitrile pada tahun 2017 :
y = 68,955x – 130989
y = (68,955 x 2017) – 130989
y = 8.093,235 ton/tahun
1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku
Bahan baku ethylene cyanohydrin yang dibutuhkan dalam proses
pembuatan acrylonitrile sebesar 68.800 ton/tahun diperoleh dari Kanto Chemical
co., Inc. yang berada di Taiwan dengan kapasitas produksi sebesar 120.000
ton/tahun. Sehingga kebutuhan bahan baku dapat terpenuhi.
y = 68.955x - 130989
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Imp
or
Acr
ylo
nit
rile
(T
on
/ta
hu
n)
Tahun
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 5
1.2.3 Kebutuhan Luar Negeri
Selain untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, pabrik acrylonitrile yang
akan didirikan ini juga bertujuan untuk memenuhi kebutuhan luar negeri.
Kebutuhan acrylonitrile di beberapa Negara Asia terlihat pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Kebutuhan Acrylonitrile di Beberapa Negara Asia
Negara
Kebutuhan Impor Acrylonitrile (Ton/Tahun)
2007 2008 2009
Korea 97.151 81.951 59.462
Thailand 122.759 116.243 104.995
Jepang 25.702 30.402 3.960
Taiwan 117.060 119.726 71.589
Total 362.672 348.322 240.006
Dari Tabel 1.2 diperoleh total kebutuhan impor acrylonitrile pada tahun
2009 sebesar 240.006 ton. Diperkirakan pada tahun 2018, kebutuhan acrylonitrile
di Asia akan mencapai 3.600.000 ton/tahun, sedangkan produksi yang ada hanya
sebesar 2.800.000 ton/tahun. Sehingga pabrik ini akan dapat memenuhi kebutuhan
acrylonitrile sebesar 5,13% dari kebutuhan total acrylonitrile di Asia terutama
Korea dan Thailand yang masih mengimpor semua kebutuhan acrylonitrilenya.
(PCi Acrylonitrile Ltd, 2009)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 6
1.2.4 Kapasitas Rancangan Minimum
Dari Encyclopedia of Chemical Processing and Design Mc Ketta 1954,
diperoleh data bahwa kapasitas minimum yang masih dapat memberikan
keuntungan apabila mendirikan pabrik acrylonitrile adalah 5.000 ton/tahun.
Kapasitas pabrik yang akan didirikan harus berada diatas kapasitas
minimal atau sama dengan kapasitas pabrik yang sedang berjalan.
Tabel 1.3 Data Pabrik Penghasil Acrylonitrile di Dunia
Pabrik Lokasi
Kapasitas
(ton/tahun)
Acrilonitrila do Nordeste Camacari, Brazil 90.000
Anqing Petrochemical Anqing, China 80.000
Asahi Kasei
Kawasaki, Japan 150.000
Mizushima, Japan 350.000
China Petrochemical
Development Ta-Sheh, Taiwan 190.000
Cytec Industry Fortier, Louisiana, US 227.000
Daqing Refining and Chemical Daqing, China 80.000
Dia-NitriX
Mizushima, Japan 115.000
Otake, Japan 90.000
DSM Geleen, Netherlands 275.000
DuPont Beaumont, Texas, US 185.000
Formosa Plastics Mailiao, Taiwan 280.000
Fushun Petrochemical Fushun, China 90.000
INEOS
Cologne, Germany 300.000
Green Lake, Texas, US 460.000
Lima, Ohio, US 200.000
Seal Sands, UK 280.000
Jihua Group Jilin City, China 250.000
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 7
Pabrik Lokasi Kapasitas
(ton/tahun)
Lukoil Neftochim Burgas, Bulgaria 28.000
Pemex Petrochemical Tula, Mexico 65.000
Petkim Aliaga, Turkey 92.000
PetroChina Lanzhou
Petrochemical Lanzhou, China 35.000
Qilu Petrochemical Zibo, China 40.000
Reliancesa Industries Baroda, India 42.000
Repsol YPF Tarragona, Spain 125.000
Saratovorgsintez Saratov, Russia 150.000
Sasol Chemical Industries Secunda, South Africa 75.000
Shanghai Petrocemical Jinshan, China 130.000
Shanghai Secco Petrochemical Caojing, China 260.000
Showa Denko Kawasaki, Japan 60.000
Sinopec Shanghai Gaoqiao
Petrochemical Pudong, China 8.000
Solutia Alvin, Texas, US 500.000
Sumitomo Chemical Niihama, Japan 60.000
(www.ICIS.com)
Dari Tabel 1.3 dapat diketahui bahwa kapasitas produksi minimal di dunia
adalah sebesar 8.000 ton/tahun. Sedangkan, kebutuhan acrylonitrile di dalam
negeri adalah sebesar 8.093,235 ton/tahun. Berdasarkan pertimbangan tersebut,
maka ditetapkan kapasitas prarancangan pabrik acrylonitrile yang akan didirikan
pada tahun 2017 sebesar 50.000 ton/tahun dengan alasan sebagai berikut :
a. Kapasitas produksi minimal pabrik acrylonitrile sebesar 8.000
ton/tahun.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 8
b. Dapat memenuhi kebutuhan acrylonitrile dalam negeri sehingga
mengurangi ketergantungan impor acrylonitrile.
c. Dapat mendorong berdirinya industri-industri lain yang menggunakan
acrylonitrile sebagai bahan baku.
d. Apabila terpenuhi kebutuhan dalam negeri, sisa produk dapat diekspor
sehingga menambah devisa negara.
1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik
Pabrik acrylonitrile ini direncanakan didirikan di Cilegon, Jawa Barat. Peta
lokasi pabrik dapat dilihat pada Gambar 1.2.
Gambar 1.2 Peta Lokasi Pabrik Acrylonitrile
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 9
Daerah ini dipilih sebagai lokasi berdirinya pabrik tersebut atas dasar
pertimbangan sebagai berikut :
1. Ketersediaan bahan baku
Bahan baku utama ethylene cyanohydrin diperoleh dari Kanto
Chemical co., Inc. yang berada di Taiwan sehingga dipilih lokasi yang
dekat dengan pelabuhan untuk mempermudah penyediaannya.
2. Pemasaran produk
Daerah Cilegon merupakan daerah yang tepat untuk daerah
pemasaran karena banyaknya industri kimia yang menggunakan bahan
baku acrylonitrile diantaranya :
a. Industri Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) dan Styrene
Acrylonitrile (SAN) yang diproduksi PT Arbe Styrindo Indonesia
b. Industri Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) yang diproduksi
PT ABS Industri Indonesia
Selain itu, daerah ini juga dekat dengan Pelabuhan Merak yang
memudahkan ekspor acrylonitrile ke industri - industri yang berada di
luar negeri, seperti :
a. Industri Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) Styrene
Acrylonitrile (SAN) yang diproduksi Bhansali Engineering
Polymers, Ltd. India
b. Industri Acrylic Fiber yang diproduksi Thai Acrylic Fibre Co., Ltd.
Thailand
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 10
3. Ketersediaan tenaga kerja
Kawasan industri Cilegon dekat dengan daerah Jawa Barat dan
Jabotabek yang sarat dengan lembaga pendidikan formal maupun non
formal dimana banyak dihasilkan tenaga kerja ahli maupun non ahli
yang dapat menunjang proses produksi.
4. Ketersediaan air
Hal lain yang mendukung pemilihan lokasi pabrik di daerah
Cilegon ini adalah dekatnya sumber air. Untuk kebutuhan air
pendingin dan pemadam kebakaran diperoleh dari Selat Sunda,
sedangkan untuk kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi diperoleh
dari PT Krakatau Tirta Industri (PT KTI) yang berkapasitas sebesar
57.024.000 ton/tahun (kti.ac.id). Kedua sumber air ini digunakan untuk
memenuhi kebutuhan utama pekerja dan operasional pabrik.
5. Fasilitas transportasi
Transportasi sangat penting bagi suatu industri. Di Daerah
Cilegon tersedia sarana transportasi yang cukup memadai, baik darat
maupun laut untuk keperluan transportasi impor-ekspor sehingga
memudahkan pengangkutan bahan baku, bahan pembantu, dan produk.
1.4. Tinjauan Pustaka
1.4.1 Macam-macam Proses Pembuatan Acrylonitrile
Dalam pembuatan acrylonitrile, terdapat beberapa macam proses yang
dapat digunakan. Untuk menentukan pemilihan proses yang tepat, maka perlu
diketahui beberapa macam proses pembuatan acrylonitrile.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 11
1. Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin
Proses yang terjadi adalah dehidrasi dengan reaksi sebagai berikut :
HOCH2CH2C≡N CH2=CHC≡N + H2O
Pada proses ini, reaksi dijalankan dalam fase cair atau gas pada
tekanan atmosferis dan suhu 250 – 350oC dengan bantuan katalis
alumina. Produk keluaran reaktor dikondensasikan dan kemudian
dialirkan ke dekanter dimana campuran cairan yang terdiri dari
ethylene cyanohydrin, acrylonitrile, dan air terpisah menjadi dua layer.
Masing-masing layer tersebut akan dimurnikan di menara distilasi.
Hasil atas menara distilasi berupa acrylonitrile dengan kemurnian
99%. Sedangkan hasil bawahnya yang berupa ethylene cyanohydrin
dengan kemurnian 97% akan di recycle untuk diproses kembali.
(Faith Keyes, 1957)
2. Proses Acetylene
Reaksi yang terjadi adalah :
HC≡CH + HCN CH2=CHC≡N
Proses ini berlangsung pada suhu 70oC dan tekanan atmosferis dalam
fase gas dengan menggunakan bantuan katalis cuprous chloride
(CuCl2). Yield yang diperoleh sebesar 80% terhadap acetylene dan
90% - 95% terhadap hydrogen cyanide. Hasil gas keluaran reaktor
mengandung acrylonitrile, acetylene yang tidak bereaksi, 1 – 3%
HCN, dan sejumlah kecil berbagai macam produk samping seperti
Ethylene Cyanohydrin Acrylonitrile Air
Acrylonitrile Acetylene Hydrogen Cyanide
Yield 90%
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 12
acetaldehyde, vinyl acetylene, divinyl acetylene, lactonitrile (dari
acetaldehyde dan HCN), vinyl chloride, cyanobutadiene, dan
chloroprene. Gas-gas ini dikontakkan dengan air dalam scrubber untuk
memisahkan acrylonitrile, hydrocyanide acid, dan beberapa produk
samping. Gas-gas yang telah dikontakkan kemudian direcycle ke reaktor,
sedangkan air yang mengandung 1,5% acrylonitrile didistilasi dengan
bantuan steam untuk menghasilkan acrylonitrile 80%. Crude acrylonitrile
ini difraksinasi secara bertingkat untuk menghasilkan acrylontrile 99%.
(Faith Keyes, 1957)
3. Proses Propylene Ammoxidation
Proses ini dikomersialkan oleh Sohio Company (BP Chemical) dan
disebut dengan proses Propylene Ammoxidation. Bahan baku berupa
propena, amoniak, dan udara diumpankan dengan rasio mol 1:1,2:10
ke dalam sebuah reaktor fluid-bed. Reaktor beroperasi pada suhu 400-
500oC dan tekanan 5-30 psig dengan waktu tinggal selama 10 detik
atau kurang. Konversi propena yang tinggi diperoleh secara single pass
sehingga tidak dibutuhkan recycle. Reaksi utama yang terjadi adalah :
CH2 = CHCH3 + NH3 + 3/2O2 CH2 = CHC≡N + 3H2O
(Nexant, Inc., 2006)
Acrylonitrile Propylene Amoniak Oksigen Air
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 13
Tabel 1.4 Perbandingan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin, Proses
Acetylene, dan Proses Propylene Ammoxidation
Proses Dehidrasi
Ethylene
Cyanohydrin
Proses Acetylene Proses Propylene
Ammoxidation
Kondisi Operasi
T : 250 – 350
oC
P : atmosferis
T : 70oC
P : atmosferis
T : 400-500oC
P : 5-30 psig
Yield 90% 80% - 95% 77%
Penyimpanan
bahan baku
Tidak diperlukan
penanganan
khusus
Perlu penanganan
khusus
Perlu serangkaian
sistem refrigerasi
Produk samping Tidak ada Ada ( acetaldehyde,
vinyl acetylene,
divinyl acetylene,
lactonitrile, dan lain-
lain )
Ada (HCN,
Acetonitrile,
Acroleine,
Succinic Nitrile,
dan uap air)
Proses
pemurnian
Sederhana Lebih banyak dan
rumit karena
banyaknya produk
samping
Lebih banyak dan
rumit karena
banyaknya
produk samping
Dengan melihat perbandingan ketiga proses diatas, maka pada
prarancangan pabrik acrylonitrile ini dipilih proses dehidrasi Ethylene
Cyanohydrin karena proses dan pemurniannya lebih sederhana serta menghasilkan
yield yang cukup tinggi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 14
1.4.2. Kegunaan Produk
Kegunaan acrylonitrile secara umum adalah :
1. Bahan untuk membuat Acrylic Fiber
Acrylic Fiber adalah salah satu produk turunan dari acrylonitrile. Serat
ini banyak digunakan oleh pabrik-pabrik tekstil sebagai bahan baku
pembuatan karpet, sweater, dan baju olahraga.
2. Bahan untuk membuat Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) dan
Styrene Acrylonitrile (SAN)
ABS mengandung 25% acrylonitrile dan SAN mengandung 30%
acrylonitrile. ABS dan SAN biasa digunakan untuk bahan konstruksi
otomotif, mesin, dan alat-alat rumah tangga.
3. Bahan untuk membuat Nitrile Rubber
Nitrile Rubber digunakan untuk gasket dan bahan campuran PVC.
4. Bahan untuk membuat Adiponitrile yang digunakan untuk intermediet
pembuatan nilon.
5. Bahan untuk membuat acrylamide.
(Kirk dan Othmer, 1991)
Tabel 1.5 Persentase Konsumsi Acrylonitrile sebagai Bahan Baku
Produk Total Penggunaan Acrylonitrile (%)
Fibers 37,7
Resin ABS/SAN 17,1
Acrylamide 3,1
Resin 1,2
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 15
Produk Total Penggunaan Acrylonitrile (%)
Adiponitrile 9,5
Nitrile Elastomers 2,9
Ekspor 21,3
(Environmental Protection Agency, 1984)
1.4.3 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku, Bahan Pembantu, dan
Produk
1.4.3.1 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku
Ethylene Cyanohydrin
a. Sifat fisis
Rumus molekul : C3H5NO
Berat molekul : 71,08 gram/mol
Titik didih normal : 228oC
Titik beku, 1 atm : -46,2oC
Berat jenis , 20oC : 1,059 kg/L
Kelarutan : dapat larut dalam air, aceton, metil
etil keton, etanol, dan tidak larut
dalam benzene, carbon dissulfite,
dan carbon tetra chloride
(Kirk & Othmer, 1993)
Viskositas, 25oC : 0,56 cp
Kelarutan dalam air, 20oC : 10 g/100 mL
Temperatur kritis : 417oC
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 16
Tekanan kritis : 48,9 bar
ΔHof : -98.300 J/mol
ΔGof : -35.400 J/mol
(Carl L. Yaws, 1999)
b. Sifat kimia
Hidrolisis Ethylene Cyanohydrin membentuk asam akrilat
(Kirk dan Othmer, 1993)
Bukan merupakan senyawa korosif
Bahaya yang ditimbulkan berupa iritasi mata dan kulit
(Material Safety Data Sheet, 2012)
1.4.3.2 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Pembantu
Alumina
a. Sifat Fisis
Rumus molekul : Al2O3
Berat molekul : 101,94 gr/gmol
Berat jenis , 20oC : 940 kg/m
3
Specific gravity : 3,99
Titik leleh, 1 atm : 1999 – 2032 oC
Titik didih normal : 2210 oC
Suhu kritis : 5062oC
Tekanan kritis : 1953 bar
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 17
Kelarutan dalam 100 bagian air dingin : tidak larut
Kelarutan dalam 100 bagian air panas : tidak larut
(Perry, 1997)
b. Sifat kimia
Akan terurai menjadi γ aluminium oksida pada suhu sekitar 725 K
Akan terurai menjadi alpha, theta, delta aluminium oxide pada
suhu 575-625 K.
(Kirk dan Othmer, 1991)
1.4.3.3 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Produk
Acrylonitrile
a. Sifat fisis
Rumus molekul : C3H3N
Berat molekul : 53,06 g/gmol
Titik didih normal : 77,3oC
Titik beku, 1 atm : -83,5oC
Berat jenis , 20oC : 0,806 g/cm
3
Kelarutan dalam air, 20oC : 7,3 %wt
Temperatur kritis : 246oC
Tekanan kritis : 3,54 Mpa
Viskositas, 25oC : 0,34 cp
(Kirk dan Othmer, 1991)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 18
ΔHof : 180.600 J/mol
ΔGof : 191.100 J/mol
(Carl L. Yaws, 1999)
b. Sifat kimia
Hidrasi dengan asam sulfat menjadi acrylamide sulfat dan dapat
berubah menjadi acrylamide dengan netralisasi basa.
Hidrolisis total menghasilkan asam akrilat
Hidrolisis parsial, acrylonitrile diubah menjadi acrylamide dengan
menggunakan katalis copper
Hidrogenasi dengan menggunakan katalis metal menghasilkan
propionitrile dan propylamine
Hidrodimerisasi menghasilkan adiponitrile
(Kirk dan Othmer, 1991)
1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum
Pada prarancangan pabrik ini, dipilih pembuatan acrylonitrile dengan
proses dehidrasi ethylene cyanohydrin dalam fase gas. Bahan baku yang
sebelumya telah diberikan perlakuan awal dan disesuaikan kondisi operasinya
dialirkan ke dalam reaktor. Reaksi yang terjadi adalah
C3H5NO (g) C3H3N (g) + H2O (g)
Reaksi dehidrasi ini berlangsung pada suhu 250 – 350oC dan tekanan 1,3 atm
dengan bantuan katalis alumina. Gas hasil reaksi dikondensasikan dan dipisahkan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 19
dalam decanter untuk kemudian dilakukan proses pemurnian dalam menara
distilasi sehingga dihasilkan acrylonitrile dengan kemurnian 99% berat. Hasil
bawah menara distilasi yang berupa ethylene cyanohydrin akan dikembalikan ke
reaktor.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab I Pendahuluan | 20
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses
20
BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1. Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pembantu, dan Produk
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku
Ethylene Cyanohydrin
Rumus molekul : C3H5NO
Berat molekul : 71,08 gram/mol
Wujud : Cair
Kemurnian : 97%
Impuritas : 3% H2O
Kelarutan dalam air, 20oC : 10 g/100 mL
(Kanto Chemical co., Inc.)
2.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu
Alumina
Wujud : Padat
Bentuk : Bola
Ukuran diameter : 0,025 m
Densitas Partikel : 3 gr/ml
Densitas bulk : 1200-1500 kg/m3
(Pingxiang Global Chemical Packing Co., Ltd.)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 21
2.1.3. Spesifikasi Produk
Acrylonitrile
Rumus molekul : C3H3N
Berat molekul : 53,06 gram/mol
Wujud : Cair
Kemurnian : 99 % min
Impuritas : 1% H2O
(alibaba.com)
2.2. Konsep Proses
2.2.1. Dasar Reaksi
Proses pembuatan acrylonitrile dari ethylene cyanohydrin merupakan
reaksi dehidrasi fase gas dengan katalis padat. Adapun reaksi pembuatan
acrylonitrile adalah :
C3H5NO (g) C3H3N (g) + H2O (g) ΔH298,15 K = 37100 Joule/mol
Reaksi dehidrasi berlangsung pada temperatur 280 – 251oC dan tekanan
1,3 atm dalam reaktor fixed bed multitube. Reaksi ini merupakan reaksi
endotermis sehingga diperlukan Dowtherm A sebagai media pemanas untuk
menjaga agar kondisi di dalam reaktor tetap berada dalam rentang temperatur
reaksi.
2.2.2. Mekanisme Reaksi
Reaksi katalitik antara reaktan ethylene cyanohydrin berfase gas dan
katalis padat Al2O3 berlangsung menurut mekanisme sebagai berikut :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 22
1. a. Difusi gas reaktan dari fase gas ke permukaan luar (interface)
katalis.
b. Difusi reaktan dari permukaan luar katalis melewati pori-pori ke
permukaan dalam pori katalis (difusi molekuler).
2. Adsorpsi reaktan pada permukaan dalam katalis.
3. Terjadi reaksi C3H5NO (g) C3H3N (g) + H2O (g)
4. Desorpsi hasil reaksi dari permukaan dalam katalis.
5. a. Difusi gas hasil reaksi dari permukaan dalam katalis ke permukaan
luar katalis.
b. Difusi gas hasil reaksi dari permukaan luar katalis (interface) ke fase
gas.
Pada mekanisme reaksi katalitik di atas, tahap adsorpsi dan desorpsi
berlangsung sangat cepat. Sedangkan reaksi pada permukaan katalis berlangsung
paling lambat sehingga kecepatan reaksi katalitik secara keseluruhan dikontrol
oleh reaksi permukaan. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut :
C3H5NO (g) C3H3N (g) + H2O (g)
A B + C
1. Adsorpsi
A + S AS …………………………………… (1)
2. Reaksi Permukaan
AS BS + C ……………………………………… (2)
ks
k-AD
kAD
k-s
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 23
3. Desorpsi
BS B + S ……………………………………… (3)
Dari persamaan (2)
rs = ks x CAS − k−s x Pc x CBS
Jika 𝐾𝑠 =𝑘𝑠
𝑘−𝑠 , maka :
rs = ks CAS −Pc x CBS
Ks ……………………………………… (4)
Dari persamaan (1)
rAD
kAD≈ 0 maka CAS = KAD x PA x Cv ..………………………………… (5)
Dari persamaan (2)
rD
kD≈ 0 maka CBS =
PB x Cv
KD ……………………...…………………… (6)
Substitusi persamaan (5) dan (6) ke persamaan (4)
rs = kS KAD x PA −PB x PC
KS x KD Cv
𝐾𝐵 = 1
𝐾𝐷
Jika 𝐾𝑃 =𝐾𝑆𝐾𝐴𝐷
𝐾𝐵 , maka :
rs = kSKAD PA −PB x PC
KP Cv
kD
k-D
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 24
Site balance
Ct=Cv+ CAS+CBS=1
Ct=Cv+KADPACV+PBCV
KD
Ct=Cv 1 +KADPA +KBPB
CV=Ct
1 +KADPA +KBPB
rs= kSKAD PA-
PBPC
KP Ct
1 + KADPA +KBPB
PB = PC = 0
rs= kSKADCt PA
1 + KADPA
𝑘𝑠𝐾𝐴𝐷𝐶𝑡= k dan PA ≪≪ , KADPA ≪≪
rs= 𝑘 𝑃𝐴 untuk gas PA ≈ CA
Maka rs= 𝑘 𝐶𝐴
Dengan :
CA = konsentrasi ethylene cyaohydrin
CAS = konsentrasi ethylene cyaohydrin yang telah teradsorpsi di permukaan
katalis
CBS = konsentrasi acrylonitrile yang telah teradsorpsi di permukaan katalis
Cv = konsentrasi permukaan katalis yang masih kosong
Ct = konsentrasi total di permukaan katalis (Ct = Cv + CAS + CBS)
k = konstanta kecepatan reaksi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 25
kAD = konstanta kecepatan reaksi adsorpsi ke arah produk
k-AD = konstanta kecepatan reaksi adsorpsi ke arah reaktan
ks = konstanta kecepatan reaksi permukaan ke arah produk
k-s = konstanta kecepatan reaksi permukaan ke arah reaktan
kD = konstanta kecepatan reaksi desorpsi ke arah produk
k-D = konstanta kecepatan reaksi desorpsi ke arah reaktan
KAD = kostanta kesetimbangan reaksi adsorpsi
KS = kostanta kesetimbangan reaksi permukaan
KD = kostanta kesetimbangan reaksi desorpsi
KB = kostanta kesetimbangan reaksi adsorpsi acrylonitrile
PA = tekanan parsial ethylene cyanohydrin
PB = tekanan parsial acrylonitrile
PC = tekanan parsial air
(Fogler, 1999)
2.2.3. Kondisi Operasi
Kondisi operasi sangat menentukan jalannya proses untuk menghasilkan
produk. Pada prarancangan pabrik ini dipilih kondisi operasi sebagai berikut :
Suhu : 280 – 251 oC
Tekanan : 1,3 atm
Fase reaksi : gas
Katalis : Al2O3
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 26
2.2.4. Tinjauan Kinetika
Menurut National Institute of Standards and Technology (NIST), reaksi
dehidrasi ethylene cyanohydrin termasuk reaksi orde 1. Dari segi kinetika,
kecepatan reaksi dehidrasi ethylene cyanohydrin akan bertambah cepat dengan
naiknya temperatur. Berdasarkan persamaan Arhenius :
𝑘 = 𝐴𝑒−𝐸/𝑅𝑇
Dimana :
k = konstanta kecepatan reaksi
A = faktor frekuensi tumbukan
E = energi aktivasi
R = konstanta gas (1,987 kal/mol K)
T = temperatur operasi (K) = 250oC – 350
oC
Harga konstanta kecepatan reaksi kimia adalah sebagai berikut :
Reaksi :
C3H5NO (g) C3H3N (g) + H2O (g)
Konstanta kecepatan reaksi :
k = 1,789 x 102 exp (-2747,3534 / RT)
(National Institute of Standards and Technology)
2.2.5. Tinjauan Termodinamika
Reaksi pembuatan acrylonitrile merupakan reaksi endotermis, hal ini
dapat ditinjau dari ΔH reaksi (298,15 K) di bawah ini :
k
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 27
C3H5NO (g) C3H3N (g) + H2O (g)
Komponen ΔHof (Joule/mol) ΔG
of (Joule/mol)
C3H5NO -98.300 -35.400
C3H3N 180.600 191.100
H2O -241.800 -228.600
(Yaws, 1999)
ΔHor = ΔH
of produk - ΔH
of reaktan
= (180.600 + (-241.800)) - (-98.300) Joule/mol
= -61.200- (-98.300) Joule/mol
= 37.100 Joule/mol
Dari perhitungan di atas, terlihat bahwa ΔHor bernilai 37.100 Joule/mol
sehingga reaksi pembuatan acrylonitrile bersifat endotermis (reaksi yang
membutuhkan panas) sehingga nantinya diperlukan media pemanas.
∆H553,15 pada suhu reaksi 280oC (553,15 K) adalah :
dH = Cp.dT
∆H553,15 = 553,15K
298,15K
dT Cp
∆H553,15 = [ ∑ Cp produk - ∑ Cp reaktan ] dT
∆H553,15 = 29.036,3088 J/mol – 36.174,6934 J/mol
∆H553,15 = -7.138,3846 J/mol
∆H = ΔHor + ∆H553,15
= [37.100 + (-7.138,3846)] J/mol
= 29.961,6154 J/mol
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 28
ΔGor = ΔG
of produk - ΔG
of reaktan
= (191.100 + (-228.600)) - (-35.400) Joule/mol
= -37.500 - (-35.400) Joule/mol
= -2.100 Joule/mol
Dari Perhitungan di atas, terlihat bahwa ΔGor bernilai -2.100 Joule/mol
sehingga reaksi pembuatan acrylonitrile dapat berlangsung.
Perhitungan untuk nilai konstanta kesetimbangan pada keadaan standar
(298,15 K) adalah :
ΔGor = -RT ln K
ln K = ∆𝐺𝑜
𝑟
RT
ln K = −2.100 Joule/mol
8,314 Joule/mol.K x 298,15 K
K298,15 = 2,333
(Smith & Van Ness, 1987)
Dari nilai konstanta kesetimbangan pada keadaan standar tersebut, dapat
dihitung nilai konstanta kesetimbangan reaksi pada 553,15 K. Berdasarkan
persamaan Van Hoff dimana :
𝑑 ln𝐾
𝑑𝑇 =
∆𝐻𝑜𝑟
RT2
Dengan ΔHor = 37.100 Joule/mol
ΔGor = -2.100 Joule/mol
R = 8,314 Joule/mol.K
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 29
lnK
K298,15 = −
∆𝐻𝑜𝑟
R 1
T−
1
To
lnK
2,333 = −
37.100 Joule/mol
8,314 Joule/mol.K
1
553,15 K−
1
298,15 𝐾
K553,15 = 345,52
(Smith & Van Ness, 1987)
Dengan :
∆𝐻𝑜𝑟 = Entalpi reaksi pada 298,15 K, Joule/mol
∆H553,15 = Entalpi reaksi pada 553,15 K, Joule/mol
ΔGor = Energi Bebas Gibbs pada 298,15 K, Joule/mol
R = Konstanta Gas Ideal, Joule/mol.K
K298,15 = Konstanta kesetimbangan reaksi pada 298,15 K
K553,15 K = Konstanta kesetimbangan reaksi pada 553,15 K
Dari perhitungan di atas, didapatkan harga K = 345,52. Karena harga K
yang besar, maka reaksi tersebut adalah reaksi searah (irreversibel) ke arah
produk.
2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses
2.3.1. Diagram Alir Proses
Diagram alir ada tiga macam, yaitu :
a. Diagram alir proses (Terlampir)
b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.1)
c. Diagram alir kuantitatif (Gambar 2.2)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses
30
VP-01
R-01
CD-01 D-01
MD-01 MD-02 MD-03
Tee-03
HE-01
Tee-02
F3
C3H5O
H2O
P = 1,3 atm
T = 49oC
F4
C3H5O
H2O
P = 1,3 atm
T = 86,83oC
F5
C3H5O
H2O
P = 1,3 atm
T = 226,993 oC
F6
C3H5O
H2O
P = 1,3 atm
T = 280 oC
F7
C3H5ON
C3H3N
H2O
P = 1,2 atm
T = 251 oC
F8
C3H5ON
C3H3N
H2O
P = 1,2 atm
T = 96,048oC
F9
C3H3N
H2O
P = 1,2 atm
T = 96,048oC
F10
C3H5ON
C3H3N
H2O
P = 1,2 atm
T = 96,048oC
F11
C3H3N
H2O
P = 1,2 atm
T = 84,19oC
F12
C3H3N
H2O
P = 1,2 atm
T = 108,95oC
F13
C3H3N
H2O
P = 1,2 atm
T = 84,19oC
F14
C3H5ON
C3H3N
H2O
P = 1,2 atm
T = 111,84oC
F16
C3H3N
H2O
P = 1,2 atm
T = 84,19 oC
F17
Produk Acrylonitrile 99%
C3H3N
H2O
P = 1 atm
T = 35oC
F15
C3H5ON
C3H3N
H2O
P = 1 atm
T = 100,04oC
F2
C3H5ON
H2O
P = 1 atm
T = 172,91oC
Tee-01
F1
C3H5O
H2O
P = 1 atm
T = 35oC
Ke UPL
Ke
UPL
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 31
VP-01
R-01
CD-01 D-01
MD-01 MD-02 MD-03
F3
C3H5ON = 9325,6261 kg/jam
H2O = 288,4214 kg/jam
9614,0475 kg/jam
F5
C3H5ON = 2331,4065 kg/jam
H2O = 72,1054 kg/jam
2403,5119 kg/jam
F4
C3H5ON = 11657,0326 kg/jam
H2O = 360,5268 kg jam
12017,5593 kg/jam
F8
C3H5ON = 932,5626 kg/jam
C3H3N = 6265,9352 kg/jam
H2O = 2415,5496 kg/jam
9614,0475 kg/jam
F10
C3H5ON = 932,5626 kg/jam
C3H3N = 175,1273 kg/jam
H2O = 2227,5716 kg/jam
3335,2615 kg/jam
F9
C3H3N = 6090,8079 kg/jam
H2O = 187,9781 kg/jam
6278,7860 kg/jam
F11
C3H3N = 6090,7446 kg/jam
H2O = 61,5227 kg/jam
6152,2673 kg/jam
F13
C3H3N = 159,2554 kg/jam
H2O = 1,6086 kg/jam
160,8640 kg/jam
F14
C3H5ON = 932,5626 kg/jam
C3H3N = 15,8720 kg/jam
H2O = 2225,9629 kg/jam
3174,3975 kg/jam
F15
C3H5ON = 27,9769 kg/jam
C3H3N = 15,8720 kg/jam
H2O = 2197,9861 kg/jam
2241,8349 kg/jam
F17
Produk Acrylonitrile
C3H3N = 6250 kg/jam
H2O = 63,1313 kg/jam
6313,1313 kg/jam
F6
C3H5ON = 9325,6261 kg/jam
H2O = 288,4214 kg/jam
9614,0475 kg/jam
F12
C3H3N = 0,0633 kg/jam
H2O = 126,4554 kg/jam
126,5186 kg/jam
Tee-03
HE-01
Tee-02Tee-01
F7
C3H5ON = 932,5626 kg/jam
C3H3N = 6265,9352 kg/jam
H2O = 2415,5496 kg/jam
9614,0475 kg/jam
F16
C3H3N = 6250 kg/jam
H2O = 63,1313 kg/jam
6313,1313 kg/jam
F2
C3H5ON = 904,5857 kg/jam
H2O = 27,9769 kg/jam
932,5626 kg/jam
F1
C3H5ON = 8421,0404 kg/jam
H2O = 260,4445 kg/jam
8681,4849 kg/jam Ke UPL
Ke UPL
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 32
2.3.2 Tahapan Proses
Proses pembuatan acrylonitrile dengan menggunakan bahan baku ethylene
cyanohydrin secara garis besar dibagi menjadi 3 tahap, yaitu :
1. Tahap Persiapan Bahan Baku
Persiapan bahan baku ini dimaksudkan untuk mengubah fase
ethylene cyanohydrin dari fase cair menjadi fase gas. Ethylene
cyanohydrin ini disimpan pada temperatur kamar, 35oC dan tekanan 1
atm dalam tangki (T-01) dengan komposisi ethylene cyanohydrin adalah
97% dan 3% air.
Cairan ethylene cyanohydrin dari tangki (T-01) dialirkan ke
vaporizer (VP-01) untuk diuapkan dengan saturated steam sebagai media
pemanas. Hasil keluaran vaporizer yang berupa uap ethylene cyanohydrin
bersuhu 280oC dialirkan ke reaktor (R-01), sedangkan yang berupa cairan
direcycle untuk diuapkan kembali di vaporizer (VP-01).
2. Tahap Pembentukan Produk
Ethylene cyanohydrin hasil penguapan di Vaporizer (VP-01)
dialirkan ke reaktor untuk proses dehidrasi. Proses dehidrasi
dimaksudkan untuk menghasilkan acrylonitrile. Proses ini berlangsung
pada suhu 280oC dan tekanan 1,3 atm dalam reaktor fixed bed multitube
(R-01) dengan bantuan katalis Al2O3. Reaksi dehidrasi berlangsung di
dalam tube reaktor dan pada sisi shell dialiri Dowtherm A sebagai media
pemanas. Gas hasil reaksi yang terdiri dari sisa ethylene cyanohydrin,
acrylonitrile, dan air keluar dari reaktor (R-01) pada suhu 250,94oC
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 33
dengan tekanan 1,2 atm. Kemudian, hasil keluaran reaktor diubah fasenya
menjadi fase cair di condenser (CD-01) dan diturunkan suhunya sampai
96,05oC dengan menggunakan air laut sebagai media pendingin.
3. Tahap Pemisahan dan Pemurnian Produk
Tahap pemisahan dan pemurnian produk terdiri dari :
a. Proses Pemisahan Fraksi Berat dan Fraksi Ringan
Hasil kondensasi di condenser (CD-01) dipompa menuju
decanter (D-01) untuk memisahkan fraksi berat dan fraksi ringannya.
Hasil atas decanter (D-01) berupa acrylonitrile dan air dengan suhu
96,05oC dan tekanan 1,2 atm dialirkan ke menara distilasi 1 (MD-01).
Sedangkan hasil bawah decanter (D-01) yang berupa acrylonitrile,
ethylene cyanohydrin, dan air dipompa ke menara distilasi 2 (MD-
02).
b. Proses Distilasi
Menara Distilasi 1 (MD-01) dimaksudkan untuk memisahkan
acrylonitrile dari air. Larutan umpan yang berasal dari hasil atas
decanter (D-01) pada suhu 96,05oC dan tekanan 1,2 atm masuk ke
menara distilasi 1 (MD-01) pada plate ke 2. Hasil atas MD-01 adalah
99% acrylonitrile dan 1% air, akan dikondensasikan di condenser 2
(CD-02) sampai suhu 84,19oC. Dari CD-02 di pompa ke accumulator
1 (Acc-01), kemudian dipompa untuk sebagian dijadikan refluks.
Sedangkan, sisanya akan dialirkan ke tangki penyimpanan
acrylonitrile (T-02). Hasil bawah MD-01 yang sebagian besar terdiri
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 34
dari air dan sedikit acrylonitrile akan dialirkan ke unit pengolahan
limbah.
Menara Distilasi 2 (MD-02) dimaksudkan untuk memisahkan
acrylonitrile dari hasil bawah decanter (D-01) yang berupa campuran
acrylonitrile, ethyene cyanohydrin, dan air. Larutan umpan pada suhu
96,05oC dan tekanan 1,2 atm masuk pada bagian tengah menara
distilasi (MD-02). Hasil atas yang diperoleh adalah acrylonitrile dan
air pada suhu 84,80oC dan tekanan 1,2 atm, dengan kandungan
acrylonitrile 99%. Hasil atas ini dikondensasikan sampai suhu
84,19oC dalam condenser 3 (CD-03) yang kemudian digabungkan
dengan hasil atas MD-01 untuk dialirkan ke tangki penyimpanan
acrylonitrile (T-02). Sedangkan hasil bawah MD-02 yang berupa
acrylonitrile, ethylene cyanohydrin, dan air pada suhu 111,84oC dan
tekanan 1,2 atm dialirkan ke MD-03. Menara distilasi 3 (MD-03)
dimaksudkan untuk mengambil ethylene cyanohydrin dengan kadar
97% yang merupakan bottom product agar dapat digunakan kembali
sebagai bahan baku. Sedangkan hasil atas menara distilasi 3 (MD-03)
berupa uap air dan sedikit acrylonitrile akan dialirkan ke unit
pengolahan limbah sebelum dibuang ke lingkungan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 35
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas
2.4.1. Neraca Massa
Produk : Acrylonitrile 99%
Kapasitas : 50.000 Ton/tahun
Satu tahun produksi : 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Satuan : Kg/jam
2.4.2. Neraca Massa Total
Tabel 2.1 Neraca Massa Total
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F1 F12 F15 F17
C3H5NO 8421,0403 0 27,9769 0
C3H3N 0 0,0633 15,8720 6250
H2O 260,4445 126,4554 2197,9861 63,1313
Total 8681,4849
126,5187 2241,835 6313,1313
8681,4849
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 36
2.4.3. Neraca Massa Alat
a. Tee 1
Tabel 2.2 Neraca Massa Tee 1
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F1 F2 F3
C3H5NO 8421,0403 904,5857 9325,6261
C3H3N 0 0 0
H2O 260,4445 27,9769 288,4214
Total
8681,4849 932,5626
9614,0475
9614,0475
b. Tee 2
Tabel 2.3 Neraca Massa Tee 2
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F3 F5 F4
C3H5NO 9325,6261 2331,4065 11657,0326
C3H3N 0 0 0
H2O 288,4214 72,1054 360,5268
Total
9614,0475 2403,5119
12017,5593
12017,5593
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 37
c. Vaporizer (VP-01)
Tabel 2.4 Neraca Massa Vaporizer (VP-01)
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F4 Uap (F6) Cair (F5)
C3H5NO 11657,0326 9325,6261 2331,4065
C3H3N 0 0 0
H2O 360,5268 288,4214 72,1054
Total 12017,5593
9614,0475 2403,5119
12017,5593
d. Reaktor (R-01)
Tabel 2.5 Neraca Massa Reaktor (R-01)
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F6 F7
C3H5NO 9325,6261 932,5626
C3H3N 0 6265,9352
H2O 288,4214 2415,5496
Total 9614,0475 9614,0475
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 38
e. Condenser (CD-01)
Tabel 2.6 Neraca Massa Condenser (CD-01)
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F7 F8
C3H5NO 932,5626 932,5626
C3H3N 6265,9352 6265,9352
H2O 2415,5496 2415,5496
Total 9614,0475 9614,0475
f. Decanter (D-01)
Tabel 2.7 Neraca Massa Decanter (D-01)
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F8 F9 F10
C3H5NO 932,5626 0 932,5626
C3H3N 6265,9352 6090,8079 175,1273
H2O 2415,5496 187,9781 2227,5716
Total 9614,0475
62787860 3335,2615
9614,0475
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 39
g. Menara Distilasi 1 (MD-01)
Tabel 2.8 Neraca Massa Menara Distilasi 1 (MD-01)
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F9 Distilat (F11) Bottom (F12)
C3H5NO 0 0 0
C3H3N 6090,8079 6090,7446 0,0633
H2O 187,9781 61,5227 126,4554
Total
6278,7860
6152,2673 126,5186
6278,7860
h. Menara Distilasi 2 (MD-02)
Tabel 2.9 Neraca Massa Menara Distilasi 2 (MD-02)
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F10 Distilat (F13) Bottom (F14)
C3H5NO 932,5626 0 932,5626
C3H3N 175,1273 159,2554 15,8720
H2O 2227,5716 1,6086 2225,9629
Total
3335,2615
160,8640 3174,3975
3335,2615
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 40
i. Menara Distilasi 3 (MD-03)
Tabel 2.10 Neraca Massa Menara Distilasi 3 (MD-03)
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F14 Distilat (F15) Bottom (F2)
C3H5NO 932,5626 27,9769 904,5857
C3H3N 15,8720 15,8720 0
H2O 2225,9629 2197,9861 27,9769
Total
3174,3975
2241,8349 932,5626
3174,3975
j. Tee 3
Tabel 2.11 Neraca Massa Tee 3
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F11 F13 F16
C3H5NO 0 0 0
C3H3N 6090,7446 159,2554 6250
H2O 61,5227 1,6086 63,1313
Total
6152,2673 160,8640
6313,1313 6313,1313
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 41
k. Heat Exchanger (HE-01)
Tabel 2.12 Neraca Massa Heat Exchanger (HE-01)
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
F16 F17
C3H5NO 0 0
C3H3N 6250 6250
H2O 63,1313 63,1313
Total 6313,1313 6313,1313
2.4.4. Neraca Panas
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Satuan : kJ
a. Neraca Panas di Sekitar Tee 1
Tabel 2.13 Neraca Panas di Sekitar Tee 1
Komponen
Qin (kJ) Qout (kJ)
F1 F2 F3
C3H5NO 239602,2939 400839,2655 639956,2829
C3H3N - - -
H2O 10889,7901 17532,1401 28907,2067
Jumlah 250492,0840 418371,4056 668863,4896
Total 668863,4896 668863,4896
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 42
b. Neraca Panas di Sekitar Tee 2
Tabel 2.14 Neraca Panas di Sekitar Tee 2
Komponen
Qin (kJ) Qout (kJ)
F3 F5 F4
C3H5NO 639956,2829 1450220,9944 2089018,7717
C3H3N - - -
H2O 28907,2067 62854,0942 92919,8065
Jumlah 668863,4896 1513075,0886 2181938,5781
Total 2181938,5781 2181938,5781
c. Neraca Panas di Sekitar Vaporizer (VP-01)
Tabel 2.15 Neraca Panas di Sekitar Vaporizer (VP-01)
Komponen
Qin (kJ) Qout (kJ)
F4 F6 F5
C3H5NO 2089018,7717 10601802,2708 1450220,9944
C3H3N 0 0 0
H2O 92919,8065 589751,2977 62854,0942
Q steam 10522690,0790 - -
Jumlah
12704628,6571
11191553,5685
1513075,0886
Total 12704628,6571 12704628,6571
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 43
d. Neraca Panas di Sekitar Reaktor (R-01)
Tabel 2.16 Neraca Panas di Sekitar Reaktor (R-01)
Komponen
Qin (kJ) Qout (kJ)
F6 F7
C3H5NO 3589451,1131 311679,0526
C3H3N - 2078193,2652
H2O 141155,5944 1044773,3957
Q reaksi - 4380864,5722
Q pemanas 4084903,5782 -
Total 7815510,2858 7815510,2858
e. Neraca Panas di Sekitar Condenser (CD-01)
Tabel 2.17 Neraca Panas di Sekitar Condenser (CD-01)
Komponen
Qin (kJ) Qout (kJ)
F7 F8
C3H5NO 312699,2817 192700,8882
C3H3N 2081890,7429 961896,2459
H2O 1049773,1537 715607,1832
Qc (Beban condenser) - 8046377,1117
Total
9916581,4291 9916581,4291
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 44
f. Neraca Panas di sekitar Menara Distilasi 1 (MD-01)
Tabel 2.18 Neraca Panas di Sekitar Menara Distilasi 1 (MD-01)
Komponen
Qin (kJ) Qout (kJ)
F9 F11 F12
C3H5NO - - -
C3H3N 787602,42 771439,00 11,61
H2O 47312,37 15181,62 44292,15
Jumlah 834914,79 786620,62 44303,76
830924,38
Reboiler 9687530,95 -
Kondenser - 9691521,36
Total 10522445,74 10522445,74
g. Neraca Panas di sekitar Menara Distilasi 2 (MD-02)
Tabel 2.19 Neraca Panas di Sekitar Menara Distilasi 2 (MD-02)
Komponen
Qin (kJ) Qout (kJ)
F10 F13 F14
C3H5NO 226273,33 - 236920,63
C3H3N 31761,45 20169,31 3020,06
H2O 771930,57 396,93 806756,76
Jumlah 1029965,35 20566,24 1046697,45
1067263,69
Reboiler 368407,71 -
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 45
Komponen
Qin (kJ) Qout (kJ)
F10 F13 F14
Kondenser - 331109,37
Total 1398373,06 1398373,06
h. Neraca Panas di sekitar Menara Distilasi 3 (MD-03)
Tabel 2.20 Neraca Panas di Sekitar Menara Distilasi 3 (MD-03)
Komponen
Qin (kJ) Qout (kJ)
F14 F15 F2
C3H5NO 221723,86 6115,08 400839,27
C3H3N 2818,41 2582,58 -
H2O 756,260.35 687838,30 17532,14
Jumlah 980802,62 696535,96 418371,41
1114907,36
Reboiler 10893777,59 -
Kondenser - 10759672,82
Total 11874580,20 11874580,20
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 46
i. Neraca Panas di Sekitar Tee 3
Tabel 2.21 Neraca Panas di Sekitar Tee 3
Komponen
Qin (kJ) Qout (kJ)
F11 F13 F16
C3H5NO - - -
C3H3N 771439,001 20169,3142 791608,315
H2O 15181,622 396,9257 15578,547
Jumlah 786620,622 20566,2399 807186,862
Total 807186,862 807186,862
j. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger (HE-01)
Tabel 2.22 Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger (HE-01)
Komponen
Qin (kJ) Qout (kJ)
F16 F17
C3H5NO - -
C3H3N 791608,315 194138,8763
H2O 15578,547 3958,9177
Qc (Beban cooler) - 609089,0681
Total
807186,862 807186,862
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 47
2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan
2.5.1 Lay out pabrik
Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari
seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik, Tata letak yang tepat sangat penting
untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan kerja dan proses, serta kelancaran kerja
para pekerja, Tata letak pabrik acrylonitrile dapat dilihat pada Gambar 2,3,
Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu :
a. Daerah administrasi / perkantoran, laboratorium, dan ruang kontrol
Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran
operasi, Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses,
kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang akan dijual,
b. Daerah proses
Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung,
c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk,
Merupakan daerah untuk tangki bahan baku dan produk,
d. Daerah gudang, bengkel, dan garasi
Merupakan daerah untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh
pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses,
e. Daerah utilitas
Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses
berlangsung dipusatkan,
(Vilbrant, 1959)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 48
Skala 1:500
Kantin
Po
liklin
ik
Pos
Kantor PusatKantor
Produksi
Bengkel
MessMasjid
Fire StationGudang
Pintu Darurat
Parkir
Kantor UtilitasRuang
GeneratorLaboratorium
Control Room
Utilitas
UPL
Jalan
Proses
Safety
Garasi
Area Perluasan Area Perluasan
Pos Keamanan
Gambar 2,3 Lay Out Pabrik Acrylonitrile
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 49
2.5.2 Lay out peralatan
Lay out peralatan pada pabrik acrylonitrile dapat dilihat pada Gambar 2,4,
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses
pada pabrik acrylonitrile, antara lain :
1. Aliran bahan baku dan produk
2. Aliran udara
3. Pencahayaan
4. Lalu lintas manusia
5. Pertimbangan ekonomi
6. Jarak antar alat proses
(Vilbrant, 1959)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 50
T-01
T-02
SKALA 1:200Keterangan :
T-01 : Tangki Penyimpanan Ethylene Cyanohydrin MD-03 : Menara Distilasi III
T-02 : Tangki Penyimpanan Acrylonitrile CD-02 : Condenser-02
VP-01 : Vaporizer-01 CD-03 : Condenser-03
R-01 : Reaktor-01 CD-04 : Condenser-04
D-01 : Decanter-01 RB-01 : Reboiler-01
MD-01 : Menara Distilasi I RB-02 : Reboiler-02
MD-02 : Menara Distilasi II RB-03 : Reboiler-03
CD
-03
CD
-02
VP-01
D-01
R-01
RB
-02
MD-02
CD-04
MD-03RB
-03
MD-01 RB
-01
Gambar 2,4 Lay Out Peralatan Proses
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun
Bab II Deskripsi Proses | 51