09E00038_2

8/12/2019 09E00038_2

1/365

Edi Sinaga : Pembuatan Kristal Polyethylene Terephthalate Dengan Reaksi Esterifikasi Langsung TerephthalateAcidDan Ethylene GlycolDengan Kapasitas Produksi 200.000 Ton/Tahun, 2008.USU Repository 2009

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN KRISTALPOLYETHYLENE TEREPHTHALATE

DENGAN REAKSI ESTERIFIKASI LANGSUNG

TEREPHTHALATE ACIDDANETHYLENE GLYCOL

DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 200.000 TON/TAHUN

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan

Ujian Sarjana Teknik Kimia

Disusun Oleh :

EDI SINAGA

NIM : 030405006

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

8/12/2019 09E00038_2

2/365

8/12/2019 09E00038_2

3/365

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas

kehendak dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang

berjudul Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan kristal polyethylene terephthalate

dengan reaksi Esterifikasi langsung terephthalate acid dan ethylene glycol

dengan kapasitas 200.000 ton/tahun. Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi

salah satu syarat mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas

Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan tugas akhir ini, penulis banyak menerima bantuan dan

bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih

kepada:

1. Ibu Dr. Halimatuddahliana, MSc sebagai dosen pembimbing I yang telah

membimbing dan memberi masukan selama menyelesaikan tugas akhir

2. Ibu Mersi Suriani Sinaga, ST, MT sebagai dosen pembimbing II yang telah

membimbing dan memberi masukan selama menyelesaikan tugas akhir

3. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MT sebagai koordinator tugas akhir Departemen

Teknik Kimia Fakultas Teknik USU.

4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, sebagai ketua Departemen Teknik Kimia Fakultas

Teknik USU.

5. Seluruh Staff pengajar dan pegawai pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas

Teknik USU.

6. Kedua orang tua penulis yang telah memberi dukungan moril dan spiritual,

kakak-kakakku serta adikku sekalian

7. Rekan satu tim penulis, Leman Sihotang. Rekan-rekan stambuk 2003 dan adik-adik stambuk 2004, 2005, 2006 dan 2007.

Penulis menyadari dalam penyusunan tugas akhir ini masih banyak terdapat

kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dari

pembaca yang konstruktif demi kesempurnaan penulisan tugas akhir ini. Akhir kata,

semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Juni 2008Penulis

Edi Sinaga

8/12/2019 09E00038_2

4/365

INTISARI

Pembuatan polyethylene terephthalate secara umum dikenal dengan

menggunakan proses esterifikasi langsung. Pabrik polyethylene terephthalate ini

direncanakan akan berproduksi dengan kapasitas 200.000 ton/tahun dan beroperasi

selama 330 hari dalam setahun. Pabrik ini diharapkan dapat mengurangi

ketergantungan Indonesia terhadap produk impor.

Lokasi pabrik direncanakan di daerah Karawang, Jawa Barat dengan luas

areal 27.738 m2, tenaga kerja yang dibutuhkan berjumlah 167 orang dengan bentuk

badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang direktur utama

dengan struktur organisasi sistem garis dan staf.

Hasil analisa ekonomi Pabrikpolyethylene terephthalateadalah :

Total Modal Investasi : Rp 2.371.215.969.850,-

Biaya Produksi : Rp 3.558.139.926.334,-

Hasil Penjualan : Rp 5.122.950.000.000.-

Laba Bersih : Rp 1.095.384.551.566,-

Profit Margin : 30,55 %

Break Event Point : 19,19 %

Return of Investment : 46,20 %

Pay Out Time : 2,16 tahun

Return on Network : 76,99 %

Internal Rate of Return : 50,57 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan

polyethylene terephthalatelayak untuk didirikan.

8/12/2019 09E00038_2

5/365

DAFTAR ISI

Kata Pengantar .............................................................................................. i

Intisari ......................................................................................................... ii

Daftar Isi ....................................................................................................... iii

Daftar Tabel .................................................................................................. vi

Daftar Gambar .............................................................................................. x

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. I-1

1.1 Latar Belakang ............................................................................ I-1

1.2 Rumusan Masalah ....................................................................... I-3

1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik ...................................................... I-3BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... II-1

2.1 Polyethylene terepthalate............................................................. II-1

2.2 Sifat-sifat Reaktan Produk ........................................................... II-2

2.2.1 Terepthalate Acid (TPA) ........................................................ II-2

2.2.2 Ethylene glycol ..................................................................... II-3

2.2.3 Antimony Trioxide ................................................................ II-4

2.2.4 Polyethylene terepthalate ....................................................... II-4

2.3 Deskripsi proses .......................................................................... II-5

2.3.1 Tahap Persiapan Bahan Baku ................................................. II-5

2.3.2 Tahap reaksi .......................................................................... II-6

2.3.2.1 Reaksi pembentukanBishydroxylethyl Terepthalate

(BHET) ............................................................................ II-6

2.3.2.2 Reaksi Prepolimerisasi ..................................................... II-7

2.3.2.2 Reaksi Polikondensasi ...................................................... II-7

2.2.3 Tahap Pemisahan Produk ....................................................... II-8

BAB III NERACA MASSA.......................................................................... III-1

BAB IV NERACA ENERGI ........................................................................ IV-1

BAB V SPESIFIKASI PERALATAN .......................................................... V-1

BAB VI INSTRUMENTASI PERALATAN ................................................ VI-1

6.1 Instrumentasi ............................................................................... VI-1

6.1.1 Tujuan Pengendalian ............................................................. VI-3

6.1.2 Jenis-jenis pengendalian dan Alat Pengendali ........................ VI-3

8/12/2019 09E00038_2

6/365

6.1.3 Variabel-variabel Proses dalam sistem Pengendalian ............. VI-9

6.1.4 Syarat Perancangan Pengendalian .......................................... VI-10

6.2 Keselamatan Kerja....................................................................... VI-12

BAB VII UTILITAS................................................................................... VII-1

7.1 Kebutuhan Uap ............................................................................ VII-1

7.2 Kebutuhan Air ............................................................................. VII-2

7.3 Kebutuhan Bahan Kimia .............................................................. VII-11

7.4 Kebutuhan Listrik ........................................................................ VII-11

7.5 Kebutuhan Bahan Bakar .............................................................. VII-11

7.6 Unit Pengolahan Limbah ............................................................. VII-13

BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK.................................. VIII-1

8.1 Lokasi pabrik ............................................................................... VIII-4

8.2 Tata Letak pabrik ......................................................................... VIII-6

8.3 Perincian Luas Tanah .................................................................. VIII-7

BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERALIHAN .................. IX-1

9.1 Organisasi Perusahaan ................................................................ IX-1

9.2 Manajemen Perusahaan ............................................................... IX-3

9.3 Bentuk Hukum dan Badan Usaha ................................................ IX-49.4 Uraian Tugas, Wewenang Dan Tanggung Jawab ......................... IX-5

9.5 Tenaga Kerja dan jam kerja ........................................................ IX-10

9.6 Sistem Penggajian ....................................................................... IX-12

9.7 Kesejahteraan tenaga kerja........................................................... IX-13

BAB X ANALISA EKONOMI................................................................... X-1

10.1 Modal Investasi ......................................................................... X-1

10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/Total Cost(TC) ............................. X-410.3 Total Penjualan (Total sales) ...................................................... X-5

10.4 Perkiraan Rugi/ Laba Usaha....................................................... X-5

10.5 Analisa Aspek Ekonomi ............................................................ X-5

BAB XI KESIMPULAN............................................................................. XI-1

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS

8/12/2019 09E00038_2

7/365

LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS

LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI

8/12/2019 09E00038_2

8/365

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Statistik Impor Polyethylene terepthalate (PET) .................... I-2

Tabel 3.1 Neraca Massa Pada Tangki Pencampur (MT-101) ......................... III-2

Tabel 3.2 Neraca Massa Pada Reaktor 1 (R-101) .......................................... III-2



Tabel 3.5 Neraca Massa Pada Filter Press (FP-101)...................................... III-4

Tabel 3.6 Neraca Massa Pada Kristaliser(CR-101) ....................................... III-5

Tabel 3.7 Neraca Massa Pada Centrifuge(CF-101) ....................................... III-5

Tabel 3.8 Neraca Massa Steam Ejector (EJ-101) ........................................... III-6

Tabel 3.9 Neraca Massa Knock out drum (V-101) ......................................... III-6

Tabel 4.1 Neraca Panas Pada Tangki Pencampur (MT-101) .......................... IV-2

Tabel 4.2 Neraca Panas Pada Reaktor 1 (R-101) ........................................... IV-2



Tabel 4.5 Neraca Panas Pada Cooler(E-104) ................................................ IV-4

Tabel 4.6 Neraca Panas Pada Kristaliser(CR-101) ........................................ IV-4

Tabel 4.7 Neraca Panas Pada Partial Condenser(E-103) .............................. IV-5

Tabel 4.8 Neraca Panas Pada Partial Condenser(E-102) .............................. IV-5

Tabel 4.9 Neraca Panas Pada Cooler(E-101) ................................................ IV-5

Tabel 6.1 Daftar Penggunan Instrumentasi Pada Pra-Rancangan

Pabrik Pembuatan Polyethylene terepthalate(PET) ....................... VI-11

Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Pada Alat ............................................................. VII-1

Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat .............................................. VII-2Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan.................................... VII-3

Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Citarum, Jawa Barat ....................................... VII-4

Tabel 7.5 Perincian Kebutuhan Listrik .......................................................... VII-11

Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah .................................................................... VIII-7

Tabel 9.1 Jadwal Tenaga Kerja Beserta Tingkat Pendidikannya .................... IX-10

Tabel 9.2 Jadwal Kerja Karyawan Shift......................................................... IX-12

Tabel 9.3 Gaji Karyawan .............................................................................. IX-12

vi

8/12/2019 09E00038_2

9/365

Tabel LA.1 Neraca Massa Pada Tangki Pencampur (MT-101) ...................... LA-3

Tabel LA.2 Neraca Massa Pada Reaktor 1 (R-101) ....................................... LA-5



Tabel LA.5 Neraca Massa Pada Filter Press (FP-101) .................................. LA-11

Table LA.6 Neraca Massa Pada Kristaliser(CR-101) .................................... LA-12

Tabel LA.7 Neraca Massa Pada Centrifuge(CF-101) .................................... LA-14

Tabel LA.8 Neraca Massa Steam Ejector (EJ-101) ........................................ LA-15

Tabel LA.9 Neraca Massa padaMix Point (MP-01) ...................................... LA-16

Tabel LA.10A Data konstanta masing-masing komponen ............................. LA-17

Tabel LA.10B Neraca Massa Knock out drum (V-101) ................................. LA-19

Tabel LA.11 Neraca Massa padaMix Point (MP-02) .................................... LA-20

Tabel B.1.1 Kapasitas panas cairan CplTK= a + bT + cT2+ dT3 [ kJ/kmolK ] ....... LB-1

Tabel B.1.2 Kapasitas panas gas CpgTK= a + bT + cT2+ dT3+ eT4[ kJ/kmolK ] .... LB-1

Tabel B.1.3 Kapasitas Panas bahan berupa padatan pada suhu 298 K ............ LB-1

Tabel B.1.4 Kapasitas Panas untuk cairan pada suhu 298 K .......................... LB-2

Tabel B.2.1 Estimasi Hof 298(panas pembentukan standar) .......................... LB-4

Tabel B.2.2 Panas Laten (kJ/kmol) ................................................................ LB-2Tabel LB.1.1 Neraca Panas Pada Tangki Pencampur (MT-101) .................... LB-8

Tabel LB.2.1 Panas masuk pada alur 5 .......................................................... LB-9



Tabel LB.2.4 Panas reaksi pada 298 oK ......................................................... LB-10

Tabel LB.2.5 Neraca Panas Reaktor 1 (R-101) .............................................. LB-11


Tabel LB.3.2 Panas keluar pada alur 9 .......................................................... LB-13

Tabel LB.3.3 Panas reaksi 1 standar pada 25oC (298oK) ................................ LB-13



Tabel LB.4.1 Panas keluar pada alur 10 ........................................................ LB-16



8/12/2019 09E00038_2

10/365




Tabel LB.5.2 Neraca Panas Pada Filter Press (FP-101)................................. LB-20



Tabel LB.7.2 Neraca Panas Pada kritaliser(CR-101) .................................... LB-23

Tabel LB.8.1 Panas masuk pada alur 12 ........................................................ LB-24


Tabel LB.8.3 Neraca Panas Pada Steam Ejector (EJ-101).............................. LB-25

Tabel LB.9.1 Neraca Panas Pada Partial Condenser (E-103) ........................ LB-26

Tabel LB.10.1 Neraca Panas PadaMix point-01(MP-01).............................. LB-27

Tabel LB.11.1 Neraca Panas Pada Partial Condenser (E-102) ...................... LB-28

Tabel LB.12.1 Neraca Panas Pada Knock Out Drum (V-101) ........................ LB-30

Tabel LB.13.1 Neraca Panas Pada Cooler (E-101) ........................................ LB-31

Tabel LC.1 KomposisiEthylene glycoldalam tangki penyimpanan

(T-101) ...................................................................................... LC-1

Tabel LC.2 Komposisi Terepthalate aciddalam tangki penyimpanan(ST-101) ..................................................................................... LC-4

Tabel LC.3 KomposisiAntimon trioksidadalam tangki penyimpanan

(ST-102) ..................................................................................... LC-7

Tabel LC.4 Komposisi Polyethylene terepthalatedalam tangki penyimpanan

(ST-103) .................................................................................... LC-10

Tabel LC.5 KomposisiMother liqourdalam tangki penyimpanan

(T-102)) ..................................................................................... LC-13Tabel LC.6 Komposisi katalis dalam bak penampungan (T-103) .................. LC-16

Tabel LC.7 Komposisi bahan dalam tangki berpengaduk (MT-101) ............ LC-17

Tabel LC.8 Komposisi bahan pada alur Lb destilasi 1 (T-101) .................... LC-56

Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin LD-29

Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ......................... LE-1

Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift ............................................... LE-3

Tabel LE.3 Beberapa Tipe Harga Eksponensial Peralatan Dengan

8/12/2019 09E00038_2

11/365

Metode Marshall R. Swift .......................................................... LE-5

Table LE.4 Estimasi Harga Peralatan Proses ................................................. LE-6

Tabel LE.5 Perkiraan Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah ....... LE-7

Tabel LE.6 Biaya Sarana Transportasi .......................................................... LE-10

Tabel LE.7 Perincian Gaji Pegawai ............................................................... LE-14

Tabel LE.8 Perincian Biaya Kas.................................................................... LE-15

Tabel LE.9 Perincian Modal Kerja ................................................................ LE-16

Tabel LE.10 Perkiraan Biaya Depresiasi Sesuai ............................................ LE-18

Tabel LE.11 Data PerhitunganInternal Rate of Return(IRR)........................ LE-25

8/12/2019 09E00038_2

12/365

DAFTAR GAMBAR

Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback.......................... VI-4

Gambar 6.2 Sebuah Loop Pengendalian ........................................................ VI-5

Gambar 6.3 Alat-alat pengendali pada pabrik PET ........................................ VI-12

Gambar 6.4 Tingkat kerusakan di suatu pabrik .............................................. VI-13

Gambar 8.1 Tata letak pabrik Polyethylene terepthalate................................ VIII-9

Gambar LD.1 Spesifikasi screening.............................................................. LD-2

Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan temperatur cairan pada cooling tower

(CT) ........................................................................................ LD-28

Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1 (Hy*-Hy) ............................................... LD-29

Gambar LE.1 Harga peralatan untuk tangki penyimpangan (storage)

dan tangki pelarutan ................................................................. LE-1

Gambar LE.2 Grafik BEP pabrik pembuatanpolyethylene terepthalate......... LE-23

x

8/12/2019 09E00038_2

13/365

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar BelakangSebagai negara berkembang, Indonesia melaksanakan pembangunan dan

pengembangan di berbagai sektor, salah satunya adalah sektor industri. Dengan

kemajuan dalam sektor industri diharapkan akan meningkatkan kesejahteraan rakyat.

Dalam pembangunanya, sektor industri ini dikembangkan dalam beberapa tahap dan

secara terpadu melalui peningkatan hubungan antara sektor industri dengan sektor

lainnya.

Industri kimia merupakan salah satu contoh sektor industri yang sedang

dikembangkan di Indonesia, dan diharapkan dapat memberikan kontribusi yang besar

bagi pendapatan negara. Dalam mengembangkan dan meningkatkan industri ini

diperlukan ilmu pengetahuan dan teknologi. Untuk itu Indonesia harus mampu

memanfaatkan potensi yang ada, karena industri kimia membutuhkan perangkat-

perangkat yang memang dibutuhkan dan juga membutuhkan sumber daya alam

seefisien mungkin. Disamping itu perlu juga penguasaan teknologi baik yang

sederhana maupun yang canggih, sehingga bangsa Indonesia dapat meningkatkan

eksistensinya dan kredibilitasnya sejajar dengan bangsa-bangsa lain yang telah maju.

Dengan kebutuhan industri-industri kimia saat ini, maka kebutuhan akan

bahan baku industri kimia tersebut pun semakin meningkat. Bahan baku industri

ada yang berasal dari dalam negeri dan ada juga yang masih di impor. Salah satu

bahan baku yang masih di impor adalah Polyethylene Terepthalate (PET).

Polyethylene Terepthalate (PET) ini sering dikenal dengan nama polyester

memiliki rumus struktur sebagai berikut :

O O

HOCH2CH2[O-C- -C-O-CH2-CH2]100OH

8/12/2019 09E00038_2

14/365

PET dengan berat molekul yang besar banyak digunakan untuk membuat

serat sintetis, resin, pembungkus makanan dan minuman, dan lain-lain.

(http://www.wikipedia.org/wiki/Polyetylene terepthalate

Berdasarkan data impor statistik tahun 2002-2004, kebutuhan polyethylene

terepthalate(PET) di Indonesia adalah sebagai berikut :

). Penyimpanan PET dalam

wujud cair membutuhkan temperatur yang tinggi sehingga peralatan yang digunakan

akan lebih mahal. Selain itu PET dalam wujud cair akan menyulitkan pengiriman.

Oleh karena itu lebih efektif bila PET cair diubah menjadi padatan dengan proses

kristalisasi.

Tabel 1.1. Data Statistik Impor Polyethylene terepthalate(PET)

TAHUNKEBUTUHAN POLYETHYLENE TEREPTHALATE

(KG/TAHUN)

2002 23.634.708

2003 24.834.183

2004 74.437.170

Sumber : Badan Pusat Statistik, 2002 2004

Dengan menggunakan metode ekstrapolasi, dapat diprediksi kebutuhanpolyethylene

terepthalate(PET) di Indonesia pada tahun 2008 yaitu sebesar :

2003 24.834.183 (X1)

2004 74.437.170 (X)

2008 X2

tahun/kg118.849.272X

935.014.248183.834.24X

5

1

183.834.24X

183.834.24170.437.74

20032008

20032004

XX

XX

2

2

2

12

1

=

=

=

=

Dari perhitungan diatas dapat dilihat bahwa kebutuhan polyethylene terepthalate

(PET) di Indonesia pada tahun 2008 adalah sebesar 272.849.118 kg/tahun. Maka

untuk memenuhi kebutuhan 64 % dari kebutuhan total, dalam pra rancangan pabrik

pembuatan polyethylene terepthalate (PET) ini diambil kapasitas produksi sebesar

175.000.000 kg/tahun.
http://www.wikipedia.org/wiki/Polyetylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/Polyetylene

8/12/2019 09E00038_2

15/365

1.2.Rumusan MasalahKebutuhan polyethylene terepthalate di Indonesia sangatlah besar dan

pemenuhan terhadap kebutuhanpolyethylene terepthalate tersebut dilakukan dengan

cara mengimpor. Untuk memenuhi kebutuhanpolyethylene terepthalatedalam negeri

dilakukan pra rancangan pabrik kimiapolyethylene terepthalatedi Indonesia dengan

menggunakan proses esterifikasi langsung

1.3.Tujuan Pra Rancangan PabrikPra rancangan pabrik pembuatan polyethylene terepthalate ini bertujuan

untuk menerapkan disiplin ilmu Teknik Kimia, khususnya pada mata kuliah

Perancangan Pabrik Kimia, Perancangan Proses Teknik Kimia, Teknik Reaktor dan

Operasi Teknik Kimia sehingga akan memberikan gambaran kelayakan pra

rancangan pabrik pembuatanpolyethylene terepthalate.

Tujuan lain dari pra rancangan pabrik pembuatan polyethylene terepthalate

ini adalah untuk memenuhi kebutuhan polyethylene terepthalate dalam negeri yang

selama ini masih diimpor dari negara lain dan selanjutnya dikembangkan untuk

tujuan ekspor. Selain itu, diharapkan dengan berdirinya pabrik ini akan memberi

lapangan pekerjaan dan memicu peningkatan produktivitas rakyat yang padaakhirnya akan meningkatkan kesejahteraan rakyat.

8/12/2019 09E00038_2

16/365

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Polyethylene terepthalate

Perkembangan ilmu dan teknologi mengenai polyester (polyethylene

terepthalate) dimulai dengan penelitian yang dilakukan oleh Krencledan Carothers

pada akhir tahun 1930. Adapun penelitian Krencle mengenai hal tersebut di atas

berdasarkan pada teknik alkil resin yaitu reaksi antara glyceroldengan phtalic acid

anhydrid. Sedangkan penelitian lain, yaitu Carothersmempelajari persiapan dan hal-

hal lain yang berkenaan dengan keliniearan polyester (polyethylene terepthalate).

Dari percobaannya telah ditemukan beberapa sifat pembentukan fiber. Hasil

percobaan ini merupakan kemajuan tentang struktur bebas dari polimer. Penemuan

ini mendasari pola pikir lebih lanjut, yaitu dengan adanya penemuan polyamide,

nylon66 pada tahun 1935, sehingga menuju ke arah pendirian industri tekstil sintetis

yang modern. Penemuan Carothers masih memiliki kekurangan yaitu fiber yang

dihasilkan memiliki titik leleh yang sangat rendah. (Kirk Othmer, 1981)

Pada tahun 1942, Rex Whinfield dan W Dickson yang bekerja pada

perusahaan Calico Printers Associationdi Inggris menemukan sintetis polimer linier

yang dapat diproduksi melalui Ester Exchange antara Ethylene Glycol (EG) dan

Dimethyl terepthalate (DMT) yang menghasilkan polyethylene terepthalate.

(http://www.wikipedia.org/wiki/polyethylene terepthalate

Pada perkembangan selanjutnya produksi polyester (polyethylene

terepthalate) untuk serat-serat sintetis menggunakan bahan baku Terepthalate Acid

(TPA) dan Ethylene Glycol (EG). Produksi serat polyester (polyethylene

terepthalate) secara komersial dimulai pada tahun 1944 di Inggris dengan nama

dagang Terylene dan pada tahun 1953 di Amerika Serikat (Dupont) dengan nama

dagang Dacron. (Kirk Othmer, 1981)

, 2007)
http://www.wikipedia.org/wiki/polyethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/polyethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/polyethylene

8/12/2019 09E00038_2

17/365

2.2 Sifat-sifat Reaktan dan Produk

Pada prarancangan pabrik pembuatan polyethylene terepthalate bahan-bahan

yang digunakan adalah terepthalate aciddan ethylene glycolsedangkan produk yang

dihasilkan adalahpolyethylene terepthalate. Sifat-sifat fisika dan kimia bahan-bahan

tersebut diuraikan sebagai berikut :

2.2.1 Terepthalate Acid (TPA)

Sifat-sifat Fisika :

o Struktur kimia :

o Rumus molekul : C6H4(COOH)2

o Berat molekul : 166,13 g/mol

o Wujud : Bubuk atau kristal berwarna putih

o Densitas : 1,522 g/cm3

o Titik lebur : 427 oC

o Titik didih : 402 oC

o Kelarutan dalam air : 1,7 g/ 100 mL (25 oC)

o Panas spesifik : 1202 J/(kg.K)o Larut dalam dimethyl sulfoxide dan alkali serta sedikit larut dalam etanol,

metanol, asam asetat, dan asam sulfat.

(http://www.wikipedia.org/wiki/terepthalate acid; Kirk Othmer, 1981

)

Sifat-sifat Kimia :

o Bereaksi dengan ethylene glicol menghasilkanpolyethylene terepthalate

o

Bereaksi dengan metanol menghasilkan dimethyl terepthalate.o Dihasilkan dengan mengoksidasikan p-dimetil benzena

o Dihasilkan dengan mengoksidasikan p-xylene dengan menggunakan katalis

cobalt.
http://www.wikipedia.org/wiki/Terepthalatehttp://www.wikipedia.org/wiki/Terepthalatehttp://www.wikipedia.org/wiki/Terepthalate

8/12/2019 09E00038_2

18/365

o Dihasilkan dengan mereaksikan dipotassium terepthalate dengan asam sulfat

(Kirk Othmer, 1981)

2.2.2 Ethylene glycol

Sifat-sifat Fisika :

o Struktur kimia :

o Rumus molekul : C2H4(OH)2



o Titik lebur : -12,9 oC

o Titik didih : 197,3 oC

o Titik nyala : 111 oC (closed cup)

o TemperaturAutoignition : 410 oC

o Viskositas : 20,9 mPa.s (20 oC)

o Index refractive : 1,4318 20D

o Panas penguapan : 52,24 kJ/mol (pada 101.3 kPa)

o Larut dalam air

(http://www.wikipedia.org/wiki/ethylene glycol; Kirk Othmer, 1981

)

Sifat-sifat Kimia :

o Berreaksi dengan ethylene glicol dengan menggunakan katalis antimon

trioksidamenghasilkanpolyethylene terepthalate.

o Bereaksi dengan Carbonat menghasilkan ethylene carbonat dan metanol.

o Dihidrasi dengan menggunakan katalis asam menghasilkan 1,4-dioxane.

o Bereaksi denganMethylamine menghasilkanN-methylmorpholine.

o Bereaksi dengan keton dan aldehid menghasilkan 1,3-dioxolanes (cyclic

ketalsdan acetals) dan air.

o Dihasilkan dari reaksi hidrolisis etylene oxide.

(Kirk Othmer, 1981)
http://www.wikipedia.org/wiki/ethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/ethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/ethylene

8/12/2019 09E00038_2

19/365

2.2.3 Antimony Trioxide

Sifat-sifat fisika

o Rumus molekul : Sb2O3


o Wujud : Padatan kristal berwarna putih



o Titik didih : 1425 oC

o Kelarutan dalam air : 1,4 mg/100 ml (30 oC)

(

http://www.wikipedia.org/wiki/antimony trioxide)

Sifat-sifat kimia :

o Digunakan sebagai katalis pada reaksi pembentukan polyethylene

terepthalate dari terepthalate aciddan ethylene glycol.

o Dihasilkan dari reaksi oksidasi antimon

4Sb + 3O2 2Sb2O3

o Bereaksi dengan asam klorida menghasilkan antimony trihloridedan air

Sb2O3 + 6HCl 2SbCl3+ 3H2Oo Bereaksi dengan asam bromida menghasilkan antimony tribromidedan air

Sb2O3 + 6HCl 2SbCl3+ 3H2O

o Bereaksi dengan asam klorida menghasilkan antimony oxychloridedan air

Sb2O3 + 2HCl 2SbOCl + H2O

(Kirk Othmer, 1981)

2.2.4 Polyethylene terepthalateSifat-sifat Fisika :

o Struktur kimia :

o Rumus molekul : C10H8O4

o Densitas : 1370 kg/m3

o Modulus young : 2800-3100 MPa

o Tensile strength : 55-75 MPa
http://www.wikipedia.org/wiki/antimonyhttp://www.wikipedia.org/wiki/antimonyhttp://www.wikipedia.org/wiki/antimonyhttp://www.wikipedia.org/wiki/antimony

8/12/2019 09E00038_2

20/365

o Temperatur glass : 75 oC


o Konduktivitas thermal : 0,24 W/(m.K)

o Panas specific : 1,0 kJ/(kg.K)

o Penyerapan air (ASTM) : 0,16

o Viskositas intrinsik : 0,629 dl/g

(

http://www.wikipedia.org/wiki/polyethylene terepthalate)

Sifat-sifat kimia :

o Dihasilkan dari reaksi antara terepthalate acid dan ethylene glycol dengan

menggunakan katalis Sb2O3

o Dihasilkan dari reaksi antara dimetyil terepthalatedan ethylene glycol.

(Kirk Othmer, 1981)

2.3 Deskripsi proses

Polyethylene Terepthalate (PET) dapat diperoleh dengan 2 cara, yaitu melalui

reaksi ester exchange antara dimethylterepthalate (DMT) dengan ethylene glycol

(EG) dan melalui reaksi esterifikasi langsung antara terepthalate acid (TPA) danethylene glycol (EG). Dari kedua reaksi yang telah disebutkan diatas, maka dipilih

proses/reaksi esterifikasi langsung untuk pembuatan Polyethylene Terepthalate

(PET) dengan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :

ParameterProses

Ester Exchange Esterifikasi Langsung

Bahan baku DMT dan EG TPA dan EG

Konversi 90-95 % 95-99 %Waktu reaksi 4-6 jam 4-8 jam

2.3.1 Tahap Persiapan Bahan Baku

Terepthalate acid (TPA) yang berbentuk bubuk diangkut dari tangki

penyimpanan terepthalate acid(ST-101) dengan menggunakan bucket elevator (BE-

101) untuk dimasukkan ke dalam tangki pencampur (MT-101). Bersamaan dengan

itu dimasukkan juga ethylene glycol (EG) dari tangki penyimpanan ethylene glycol
http://www.wikipedia.org/wiki/polyethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/polyethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/polyethylenehttp://www.wikipedia.org/wiki/polyethylene

8/12/2019 09E00038_2

21/365

250 0C, 1 atm, 100 menit

(T-101) yang dialirkan dengan menggunakan pompa (J-101) dan juga ethylene glycol

(EG) yang di recycle dari proses. Rasio molar antara terepthalate acid dengan

ethylene glycol yang akan masuk ke dalam mixer adalah 1:2. Proses pencampuran

dilakukan dengan menggunakan pengaduk dan berlangsung selama 30 menit pada

temperatur 80 0C serta tekanan 1 atm. Campuran yang dihasilkan berupa slurry.

2.3.2 Tahap reaksi

2.3.2.1 Reaksi pembentukanBishydroxyethyl Terepthalate(BHET)

Slurry (TPA + EG) yang dihasilkan dari tangki pencampuran dialirkan ke

reaktor esterifikasi (R-101) dengan menggunakan pompa (J-102). Selanjutnya katalis

antimony trioxide (Sb2O3) yang berasal dari tangki penyimpanan antimony trioxide

(ST-102) dicampurkan ke dalam reaktor esterifikasi dengan jumlah 3,19 x 10 -4kmol

katalis/kmol TPA (US Patent 20080033084). Dalam reaktor esterifikasi yang

dilengkapi dengan pengaduk ini berlangsung proses esterifikasi langsung yaitu

terbentuknya gugus isomer dari reaksi antara TPA dan EG dengan konversi

terepthalate acid sebesar 90 %. Hasil yang diperoleh dari reaksi tersebut adalah

bishydroxyethyl terepthalate (BHET), air (H2O) dan terepthalate acid (TPA) yang

tidak bereaksi.

Pada reaktor ini, reaksi berjalan secara endotermis. Kondisi operasi reaktoresterifikasi ini pada temperatur 250 0C dan tekanan 1 atm selama 100 menit.

Reaksi yang terjadi pada reaktor esterifikasi adalah :

HOOC COOH + 2HOCH2CH2OH

TPA EG

O O

HOCH2CH2O-C- -C-O-CH2CH2OH + 2H2O

Bishydroxyethyl Terepthalate (BHET) Air

Uap air dan ethylene glycol yang keluar dari reaktor esterifikasi mempunyai

temperatur 250 0C dialirkan menuju partial condenser (E-102) untuk

mengkondensasikan uap yang terbentuk. Selanjutnya uap dan cairan yang dihasilkan

dari partial condenser dengan temperatur 160 0C dialirkan ke knock out drum

(V-101) untuk dipisahkan. Cairan yang telah dipisahkan kemudian dialirkan menuju

cooler(E-101) untuk menurunkan temperaturnya menjadi 80 0C yang kemudian akan

8/12/2019 09E00038_2

22/365

270 0C, 1 atm

dialirkan menuju ke tangki pencampuran (MT-101). Sedangkan BHET

(bishydroxyethyl terepthalate)yang terbentuk, terepthalate acidyang tidak bereaksi

dan katalis dialirkan dari bagian bawah reaktor esterifikasi ke reaktor prepolimerisasi

(R-102) dengan menggunakan pompa (J-103).

2.3.2.2 Proses Prepolimerisasi

Proses prepolimerisasi berlangsung dalam reaktor prepolimerisasi yang

dilengkapi dengan pengaduk pada suhu 270 0C dan tekanan 1 atm dengan konversi

bishydroxyethyl terepthalate (BHET) sebesar 95 % . Proses ini menghasilkan

monomer dengan derajat polimerisasi 20 (prepolimer), ethylene glycol, dan

bishydroxyethyl terepthalateyang tidak bereaksi.

Reaksi yang terjadi dalam reaktor prepolimerisasi adalah :

O O

20 HOCH2CH2O-C- -C-O-CH2-CH2OH

Bishydroxyethyl Terepthalate

O O

19 HOCH2CH2OH + HOCH2CH2[O-C- -C-O-CH2CH2]20OH

Ethylene Glycol Prepolimer

Sebagian uap ethylene glycoldan air yang tidak bereaksi akan menguap dan

dialirkan ke knock out drum (V-101). Selanjutnya monomer dari reaktor

prepolimerisasi yang terbentuk dialirkan ke reaktor polikondensasi (R-103) dengan

menggunakan pompa (J-104).

2.3.2.3 Proses Polikondensasi

Pada proses polikondensasi akan terbentuk ikatan monomer-monomer

menjadi polimer yang panjang dengan derajat polimerisasi yang semakin bertambah

besar. Dalam proses ini derajat polimerisasi yang diharapkan 100. Proses

polikondensasiberlangsung pada temperatur 290 0Cdan tekanan 0,00197 atm (200

Pa) dengan konversi prepolimer sebesar 99 % dalam reaktor polikondensasi (R-103).

Untuk memvakumkan tekanan dari 1 atm menjadi 0,00197 atm digunakan steam

ejector (EJ-101). Reaksi yang terjadi adalah :

8/12/2019 09E00038_2

23/365

290 0C; 0,00197 atmO O

5HOCH2CH2[O-C- -C-O-CH2-CH2]20OH

Prepolimer

O O

4 HOCH2CH2OH + HOCH2CH2[O-C- -C-O-CH2CH2]100OH

EG PETPada proses ini uap ethylene glycol yang tidak bereaksi akan di hisap oleh

aliran steam yang sangat kencang yang dihasilkan oleh steam ejector (EJ-101).

Selanjutnya steam dan ethylene glycol dikondensasikan dengan menggunakan

condenser (E-103).Ethylene glycol yang dipisahkan kemudian direcycle ke tangki

pencampuran (MT-101) yang terlebih dahulu didinginkan pada cooler(E-101).

2.3.3 Tahap Pemisahan Produk

Cairan kental polyethylene terepthalate (PET) yang dihasilkan dari reaktor

polikondensasi (R-103) dialirkan ke filter press (FP-101) untuk dipisahkan dari

katalis Sb2O3. Selanjutnya cairan kental polyethylene terepthalate (PET) tersebut

dipompakan (J-108) dan selanjutnya diturunkan temperaturnya dari 290 0C menjadi

600

C dengan menggunakan cooler (E-104). Setelah didinginkan, Cairan kentalpolyethylene terepthalate tersebut dimasukkan ke kristaliser (CR-101) untuk

mengkristalkan produk PET. Setelah keluar dari kristaliser, PET kristal dan mother

liquor dialirkan menuju centrifuge (CF-101) dengan menggunakan pompa (J-109)

untuk dipisahkan antara PET kristal dengan mother liquornya. Mother liquor yang

telah dipisahkan dari kristal PET kristal dialirkan ke mother liquor tank (T-102),

sedangkan PET kristalnya dialirkan menuju Pelletizer (P-101) untuk dibentuk

menjadi pelet dengan ukuran 3 mm. Kemudian pellet PET diangkut menuju ke tangkipenyimpanan (ST-103) dengan menggunakan belt conveyor (BC-101). Kadar

prepolimer dan PET non kristal yang boleh tercampur dalam produk PET kristal

adalah sebesar 1 % (www.tradeindia.com,2007).
http://www.tradeindia.com/http://www.tradeindia.com/

8/12/2019 09E00038_2

24/365

BAB III

NERACA MASSA

Neraca massa pada proses pembuatan Polyethylene Terepthalate (PET) dengan

kapasitas produksi sebesar 175.000 ton/tahun diuraikan dengan ketentuan sebagai

berikut:

Bahan baku : Terepthalate Acid(TPA) danEthylene Glycol(EG)

Katalis :Antimony Trioxide (Sb2O3)

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Waktu bekerja / tahun : 330 hari

Satuan operasi : kg/jam

Perubahan massa pada proses pembuatan polyethylene terepthalate ini terjadi pada

alat-alat : - Tangki pencampur (MT-101)

- Reaktor 1 (R-101)

- Reaktor 2 (R-102)

- Reaktor 3 (R-103)

- Filterpress(FP-101)

- Kristaliser (CR-101)

- Centrifuge (CF-101)

- Steam ejector (EJ-101)

- Knock out drum (V-101)

Perhitungan neraca massa disajikan pada lampiran A

1. Tangki pencampur (MT-101)Pada tangki pencampur (MT-101) terjadi proses pencampuran bahan baku TPA

99,9 % (alur 1) dengan EG 99,8 % (alur 3). Hasil pencampurannya (alur 4) akan

diumpankan ke reaktor 1 (R-101). Hasil perhitungan neraca massa di tangki

pencampur (MT-101) dapat dilihat pada Tabel 3.1.

8/12/2019 09E00038_2

25/365

Tabel 3.1. Neraca massa pada Tangki pencampur (MT-101)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 1 Alur 3 Alur 4

TPA 19.644,8538 - 19.644,8538

EG - 14.689,0758 14.689,0758

H2O 19,6645 29,4371 49,1016

Jumlah19.664,5183 14.718,5129

34.383,031234.383,0312

2. Reaktor 1 (R-101)Pada reaktor 1 (R-101) terjadi proses pembentukkan BHET (Bishydroxylethyl

Terepthalate) dan air dari reaksi antara TPA dan EG yang merupakan hasil

pencampuran dari tangki pencampur (alur 4) dengan bantuan katalis Sb2O3. Hasil

reaksi yaitu EG dan H2O (alur 7) akan diumpankan ke partial condeser (E-102),

sedangkan BHET, Sb2O3 dan TPA sisa (alur 6) akan diumpankan ke reaktor 2 (R-

102). Hasil perhitungan neraca massa di reaktor 1 (R-101) dapat dilihat pada Tabel

3.2 dibawah ini.

Tabel 3.2 Neraca massa pada Reaktor 1 (R-101)

Kompone

n

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 4 Alur 5 Alur 6 Alur 7

TPA 19.644,8538 - 1.962,5163 -

EG 14.689,0758 - - 1.465,9760

H2O 49,1016 0,0552 - 3.879,4896

Sb2O3 - 10,9933 10,9933 -

BHET - - 27.075,1045 -

Jumlah34.383,0312 11,0485 29.048,6141 5.345,4656

34.394,0797 34.394,0797

8/12/2019 09E00038_2

26/365

3. Reaktor 2 (R-102)Pada reaktor 2 (R-102) terjadi proses pembentukan prepolimer dan EG yang

dihasilkan dari penguraian BHET. Kemudian terjadi juga reaksi lain antara TPA dan

EG yang menghasilkan BHET dan H2O, dimana pada reaksi ini TPA akan habis

bereaksi. Hasil reaksi yaitu EG dan H2O (alur 9) akan diumpankan ke partial

condenser (E-102) sedangkan BHET, Sb2O3 dan prepolimer (alur 8) akan

diumpankan ke reaktor 3 (R-103). Hasil perhitungan neraca massa di reaktor 2

(R-102) dapat dilihat pada Tabel 3.3 dibawah ini.


KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)


TPA 1.962,5163 - -

BHET 27.075,1045 4.403,2264 -

Sb2O3 10.9933 10.9933 -

Prepolimer - 19.721,0494 -

EG - - 4.487,7390

H2O - - 425,6060

Jumlah29.048,6141 24.135,2691 4.913,3450

29.048,6141 29.048,6141

4. Reaktor 3 (R-103)Pada reaktor 3 (R-103) terjadi proses pembentukan Polyethylene Terepthalate

(PET) dan EG yang dihasilkan dari reaksi penguraian prepolimer. Kemudian terjadi

juga reaksi lain yaitu reaksi penguraian BHET yang menghasilkan EG dan

prepolimer, dimana pada reaksi ini BHET akan habis bereaksi dan prepolimer yang

dihasilkan akan diakumulasi dengan prepolimer umpan (alur 8). Hasil reaksi berupa

EG diumpankan ke partial condenser (E-103) sedangkan PET, Sb2O3, dan

prepolimer akan diumpankan ke filter press (FP-101). Hasil perhitungan neraca

massa di reaktor 3 (R-103) dapat dilihat pada Tabel 3.4 dibawah ini.

8/12/2019 09E00038_2

27/365


Komponen

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)


BHET 4.403,2264 - -

Sb2O3 10,9933 - 10,9933

Prepolimer 19.721,0494 - 231,1447

EG - 1.299,9819 -

PET - - 22.593,1492

Jumlah

24.135,2691 1.299,9819 22.835,2872

24.135,2691 24.135,2691

5. Filter press(FP-101)Pada Filter press (FP-101) terjadi proses pemisahan secara fisika. Tujuan dari

penggunaanfilter pressini adalah untuk memisahkan katalis Sb2O3dari produk yang

dihasilkan. Filtrat yang dihasilkan (alur 21) akan diteruskan menuju cooler(E-104)

untuk didinginkan terlebih dahulu sebelum diumpankan ke kristaliser (CR-101).

Hasil perhitungan neraca massa di Filter press(FP-101) dapat dilihat pada Tabel 3.5

dibawah ini.

Tabel 3.5 Neraca massa pada Filter Press (FP-101)



Sb2O3 10,9933 10,9933 -

Prepolimer 231,1447 4,6207 226,5240

PET 22.593,1492 451,6455 22.141,5037

Jumlah22.835,2872 467,2595 22.368,0277

22.835,2872 22.835,2872

8/12/2019 09E00038_2

28/365

6. Kristaliser (CR-101)Pada kristaliser (CR-101) akan terjadi proses pembentukan cairan kristal PET

dari alur 22 yang masih berupa cairan kental. Pada kritaliser ini, tidak semua PET

dari alur 22 diubah menjadi cairan kristal. Hasil dari kristaliser (alur 23) akan

diumpankan ke Centrifuge (CF-101). Hasil perhitungan neraca massa di kristaliser

(CR-101) dapat dilihat pada Tabel 3.6 dibawah ini.

Tabel 3.6 Neraca massa pada Kristaliser (CR-101)


Alur 22 Alur 23

PET kristal - 22.093,6905

PET non kristal 22.141,5037 47,8132

Prepolimer 226,5240 226,5240

Jumlah 22.368,0277 22.368,0277

7. Centrifuge (CF-101)Pada Centrifuge (CF-101) cairan kristal (alur 23) dari kristaliser (CR-101)

diubah menjadi kristal (alur 25). Namun tidak semua cairan kristal (alur 23) diubah

menjadi kristal karena ada sebagian bahan yang tidak mengkristal. Bahan yang tidak

mengkristal tersebut dikenal dengan namaMother liqour(alur 24). Hasil perhitungan

neraca massa di centrifuge (CF-101) dapat dilihat pada Tabel 3.7 dibawah ini.

Tabel 3.7 Neraca massa pada Centrifuge (CF-101)



PET kristal 22.093,6905 - 22.093,6905

PET non kristal 47,8132 47,3351 0,4781

Prepolimer 226,5240 224,7330 1,7910

Jumlah22.368,0277 272,0681 22.095,9596

22.368,0277 22.368,0277

8/12/2019 09E00038_2

29/365

8. Steam Ejector (EJ-101)Pada steam ejector (EJ-101) terjadi proses untuk memvakumkan reaktor 3

(R-103). Akibat proses tersebut maka EG yang dihasilkan di reaktor 3 (R-103)

tersebut akan terhisap oleh aliran uap yang mengalir kencang yang dihasilkan oleh

steam ejector (EJ-101). Hasil perhitungan neraca massa di steam ejector

(EJ-101) dapat dilihat pada Tabel 3.8 dibawah ini.

Tabel 3.8 Neraca massa Steam Ejector (EJ-101)



EG 1.485,6936 6.804,2458 - 8.289,9394

H2O 15.102,9979 4.920,1092 20.006,4940 16,6131

Jumlah16.588,6915 11.724,3550 20.006,4940 8.306,5525

28.313,0465 28.313,0465

9. Knock out drum (V-101)Pada knock out drum (V-101) terjadi proses pemisahan antara fasa liquid dan uap.

Campuran uap dan liquid yang dihasilkan dari partial condenser(alur 14 dan alur

16) kemudian diumpankan ke knock out drum (V-101) yang akan memisahkan antara

fasa liquid dan uap. Hasil perhitungan neraca massa di knock out drum (V-101) dapat

dilihat pada Tabel 3.9 dibawah ini.

Tabel 3.9 Neraca massaKnock out drum(V-101)



EG 1.299,9819 5.953,7150 - 7.253,6969

H2O 15.102,9979 4.305,0956 19.393,5570 14,5365

Jumlah16.402,9798 10.258,8106 19.393,5570 7.268,2334

26.661,7904 26.661,7904

8/12/2019 09E00038_2

30/365

BAB IV

NERACA PANAS

Neraca panas pada proses pembuatan Polyethylene Terepthalate (PET) dengan

kapasitas produksi sebesar 175.000 ton/tahun diuraikan dengan ketentuan sebagai

berikut:

Bahan baku : Terepthalate Acid(TPA) danEthylene Glycol(EG)

Katalis :Antimony Trioxide (Sb2O3)

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Waktu bekerja / tahun : 330 hari

Satuan operasi : kJ/jam

Temperatur basis : 25C = 298 oK

Perubahan panas pada proses pembuatan polyethylene terepthalate ini terjadi pada

alat-alat : - Tangki pencampur (MT-101)

- Reaktor 1 (R-101)

- Reaktor 2 (R-102)

- Reaktor 3 (R-103)

- Cooler(E-104)

- Kristaliser (CR-101)

- Partial condenser (E-103)

- Partial condenser (E-102)

- Cooler (E-101)

Perhitungan neraca panas disajikan pada lampiran B

10.Tangki pencampur (MT-101)Bahan baku yang masuk pada tangki pencampur seperti EG dan TPA mempunyai

panas masing-masing. Bahan baku tersebut masuk ke tangki pencampur pada

temperatur 30 oC dan keluar pada temperatur 80 oC. Setelah dilakukan perhitungan,

ternyata tangki pencampur tersebut membutuhkan panas (endoterm). Untuk

memberikan panas yang dibutuhkan oleh tangki pencampur tersebut, digunakan

saturated steamdengan temperatur 310 oC. Hasil perhitungan neraca panas di tangki

pencampur (MT-101) dapat dilihat pada Tabel 4.1 dibawah ini.

8/12/2019 09E00038_2

31/365

Tabel 4.1. Neraca panas pada Tangki pencampur (MT-101)

Panas masuk

(kJ/jam)

Panas keluar

(kJ/jam)

Q1 110.562,4994 -

Q3 214.734,5706 -

Q4 - 3.622.743,2745

Qsteam 3.297.446,2044 -

Jumlah 3.622.743,2745 3.622.743,2745

11.Reaktor 1 (R-101)Hasil pencampuran dari tangki pencampur (MT-101) diumpankan ke reaktor 1

(R-101) dengan temperatur 80 oC. Pada reaktor 1 (R-101) terjadi reaksi pembentukan

BHET, dimana reaksi tersebut menghasilkan panas. Produk keluar dari reaktor 1 (R-

101) pada temperatur 250 oC. Setelah dilakukan perhitungan ternyata reaktor 1

tersebut membutuhkan panas (endoterm). Untuk memberikan panas yang dibutuhkan

oleh reaktor 1 tersebut, digunakan saturated steam dengan temperatur 310 oC. Hasil

perhitungan neraca panas di reaktor 1 (R-101) dapat dilihat pada Tabel 4.2 dibawah

ini.

Tabel 4.2 Neraca panas pada Reaktor-1 (R-101)Panas masuk

(kJ/jam)

Panas keluar

(kJ/jam)

Q4 3.622.743,2745 -

Q5 18,7750 -

Q6 - 12.241.265,3762

Q7 - 13.219.078,8277

Qr - -2.377.051,4220

Qsteam 19.460.530,7324 -

Jumlah 23.083.292,7819 23.083.292,7819

12.Reaktor 2 (R-102)Produk BHET, Sb2O3, TPA yang keluar dari reaktor 1 (R-101) dengan

temperatur 250 oC, diumpankan ke reaktor 2 (R-102). Pada reaktor 2 terjadi proses

pembentukan prepolimer, dimana reaksi tersebut menyerap panas. Produk keluar dari

reaktpr 2 (R-102) dengan temperatur 270 oC. Setelah dilakukan perhitungan ternyata

reaktor 2 tersebut membutuhkan panas (endoterm). Untuk memberikan panas yang

8/12/2019 09E00038_2

32/365

dibutuhkan oleh reaktor 1 tersebut, digunakan saturated steam dengan temperatur

310 oC. Hasil perhitungan neraca panas di reaktor 2 (R-102) dapat dilihat pada Tabel

4.3 dibawah ini.

Tabel 4.3 Neraca panas pada Reaktor-2 (R-102)

Panas masuk

(kJ/jam)

Panas keluar

(kJ/jam)

Q6 12.241.265,3762 -

Q8 - 5.524.530,6255

Q9 - 7.875.221,0345

Qr - 3.195.706,3758

Qsteam 4.354.192,6597 -

Jumlah 16.595.458,0358 16.595.458,0358

13.Reaktor 3 (R-103)Produk BHET, Sb2O3dan Prepolimer yang keluar dari reaktor 2 (R-102) dengan

temperatur 270 oC, diumpankan ke reaktor 3 (R-103). Pada reaktor 3 terjadi proses

pembentukan PET, dimana reaksi tersebut menyerap panas. Produk keluar dari

reaktpr 3 (R-102) dengan temperatur 290 oC. Setelah dilakukan perhitungan ternyata

reaktor 2 tersebut membutuhkan panas (endoterm). Untuk memberikan panas yang

dibutuhkan oleh reaktor 1 tersebut, digunakan saturated steam dengan temperatur

310 oC. Hasil perhitungan neraca panas di reaktor 3 (R-103) dapat dilihat pada Tabel

4.4 dibawah ini.

Tabel 4.4 Neraca panas pada Reaktor-3 (R-103)

Panas masuk

(kJ/jam)

Panas keluar

(kJ/jam)

Q8 5.524.530,6255 -

Q10 - 1.993.938,0307

Q11 - 5.681.011,4583Qr - 691.917,0207

Qsteam 2.842.335,8842 -

Jumlah 8.366.866,5097 8.366.866,5097

14.Cooler (E-104)Pada cooler (E-104) hanya terjadi proses pendinginan cairan kental PET dan

Prepolimer dari hasil filter press (FP-101). Cairan kental tersebut masuk ke cooler

8/12/2019 09E00038_2

33/365

(E-104) pada temperatur 290 oC dan keluar dari cooler (E-104) pada temperatur 60

oC. Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk ke cooler (E-104) pada

temperatur 10 oC dan keluar pada temperatur 40 oC. Hasil perhitungan neraca panas

di cooler (E-104) dapat dilihat pada Tabel 4.5 dibawah ini.

Tabel 4.5 Neraca panas pada Cooler(E-104)

Panas masuk

(kJ/jam)

Panas keluar

(kJ/jam)

Q21 3.902.554,7728 -

Q22 - 515.431,7624

Qserap -3.387.123,0103 -

Jumlah 515.431,7624 515.431,7624

15.Kristaliser (CR-101)Cairan kental PET dan Prepolimer yang keluar dari cooler (E-104) dengan

temperatur 60 oC masuk ke kristaliser (CR-101) untuk diubah menjadi cairan kristal.

Cairan tersebut keluar dari kristaliser (CR-101) dengan temperatur 30 oC. Media

pendingin yang digunakan pada kristaliser (CR-101) adalah air yang masuk ke

kristaliser (CR-101) pada temperatur 10 oC dan keluar pada temperatur 40 oC. Hasil

perhitungan neraca panas di kristaliser (CR-101) dapat dilihat pada Tabel 4.6

dibawah ini.

Tabel 4.6 Neraca panas pada kritaliser (CR-101)

Panas masuk

(kJ/jam)

Panas keluar

(kJ/jam)

Q22 515.431,7624 -

Q23 - 72.199,1917

Qserap -443.232,5707 -

Jumlah 72.199,1917 72.199,1917

16.Partial condenser (E-103)Campuran EG dan H2O dari steam ejector (EJ-101) masuk kepartial condenser

(E-103) pada temperatur 308 oC dan keluar pada temperatur 160 oC. Media

pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada temperatur 10 oC dan keluar

pada 40 oC. Hasil perhitungan neraca panas di partial condenser (E-103) dapat

dilihat pada Tabel 4.7 dibawah ini.

8/12/2019 09E00038_2

34/365

Tabel 4.7 Neraca panas padaPartial Condenser(E-103)

Panas masuk

(kJ/jam)

Panas keluar

(kJ/jam)

Q13

47.038.409,0253 -

Q14 - 41.148.201,7576

Qserap -5.890.207,2677 -

Jumlah 41.148.201,7576 41.148.201,7576

17.Partial condenser (E-102)Campuran EG dan H2O dari reaktor 1(R-101) dan reaktor 2 (R-102) masuk ke

partial condenser (E-102) pada temperatur 260 oC dan keluar pada temperatur 160

oC. Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada temperatur 10 oC

dan keluar pada 40 oC. Hasil perhitungan neraca panas dipartial condenser (E-102)

dapat dilihat pada Tabel 4.8 dibawah ini.

Tabel 4.8 Neraca panas padaPartial Condenser(E-102)

Panas masuk

(kJ/jam)

Panas keluar

(kJ/jam)

Q15 21.094.299,8622 -

Q16 - 14.044.481,7137

Qserap -7.049.818,1485 -Jumlah 14.044.481,7137 14.044.481,7137

18.Cooler (E-101)Campuran EG dan H2O dari knock out drum (V-101) masuk ke cooler (E-101)

pada temperatur 160 oC dan keluar pada temperatur 30 oC. Media pendingin yang

digunakan adalah air yang masuk pada temperatur 10 oC dan keluar pada 40 oC.

Hasil perhitungan neraca panas di partial condenser (E-102) dapat dilihat pada

Tabel 4.9 dibawah ini.

Tabel 4.9 Neraca panas padacooler (E-101)

Panas masuk

(kJ/jam)

Panas keluar

(kJ/jam)

Q18 3.048.850,3630 0

Q19 0 106.144,5527

Qserap -2.942.705,8104 0

Jumlah 106.144,5527 106.144,5527

8/12/2019 09E00038_2

35/365

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN

5.1 Tangki PenyimpananEthylene Glycol(T 101)

Fungsi : MenyimpanEthylene Glycoluntuk kebutuhan 15 hari

Jenis : Tangki silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal

Kondisi operasi : Temperatur = 30 0C

Tekanan = 1 atm

Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-285, GradeC

Jumlah = 3 buah

Kapasitas tangki = 818,8935 m3

Diameter tangki = 8,5539 m

Tinggi silinder = 12,8308 m

Tinggi tutup ellipsoidal = 1,4259m

Pdesain = 3,0065 atm

Tebal silinder = 1 in

Tebal head standar = 1 in

5.2 Silo Tank (ST 101)

Fungsi : Menyimpan Terepthalate acid untuk kebutuhan 15 hari.

Jenis : Silinder vertikal dengan tutup datar dan alas berbentuk kerucut


Tekanan = 1 atm


Jumlah = 3 buah

Kapasitas tangki = 1.746,1298 m3


Tinggi silinder = 16,5147m

Tinggi kerucut = 5,5049m




8/12/2019 09E00038_2

36/365

5.3 Tangki Penyimpanan Antimon Trioksida (ST 102)

Fungsi : MenyimpanAntimon Trioksida untuk kebutuhan 30 hari.

Jenis : Silinder vertikal dengan tutup datar dan alas berbentuk kerucut


Tekanan = 1 atm


Jumlah = 1 buah


Diameter tangki = 1,1201m


Tinggi kerucutl = 0,5601m


Tebal silinder = 5/16 in

Tebal head standar = 5/16 in

5.4 Tangki PenyimpananPolyethylene Terepthalate(ST 103)

Fungsi : Menyimpan produk Polyethyleneterepthalateselama 30 hari.

Jenis : Silinder vertikal dengan tutup datar dan alas berbentuk kerucutKondisi operasi : Temperatur = 30 0C

Tekanan = 1 atm


Jumlah = 6 buah

Kapasitas tangki = 2.323,6993 m3


Tinggi silinder = 18,615mTinggi kerucutl = 6,0550m




8/12/2019 09E00038_2

37/365

5.5 Tangki PenyimpananMother Liquor(T 102)

Fungsi : Menampung mother liquor selama 30 hari.



Tekanan = 1 atm


Jumlah = 1 buah








5.6 Bak terbuka tempat penampungan sisa katalis (T 103)

Fungsi : Menampung katalis darifilter press.

Jenis : Bak terbuka berbentuk balok alas datarKondisi operasi : Temperatur = 30 0C

Tekanan = 1 atm

Bahan konstruksi : Stainless steel316

Jumlah = 2 buah

Kapasitas bak = 0,3368 m3

Panjang bak = 3m

Lebar bak = 2mTinggi bak = 1m

Tebal plat = 5/16 in

8/12/2019 09E00038_2

38/365

5.7 Tangki Berpengaduk (MT 101)

Fungsi : Mencampur PTA dan EG.



Tekanan = 1 atm


Jumlah = 1 buah

Kapasitas tangki = 30,6401m3







Jenis pengaduk = turbin daun enam datar

Jumlah baffle = 4 buah

Diameter impeller = 0,7152 m

Daya motor = 3 Hp

5.8 Reaktor Esterifikasi (R 101)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi antara Terepthalate Acid dengan

Ethylene GlycolmenghasilkanBishydroxylethyl Terepthalatedan air.

Jenis : Tangki berpengadukflat six blade open turbine dengan tutup dan alas

ellipsoidal

Kondisi operasi : Temperatur = 250

0

CTekanan = 1 atm

Bahan konstruksi : Stainless steel, SA-240, GradeC, type410

Jumlah = 3 buah




Tinggi tutup ellipsoidal = 0,5218 m

8/12/2019 09E00038_2

39/365






Diameter impeller = 0,7827m

Daya motor = 3 Hp

5.9 Reaktor Prepolimer (R 102)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi Bishydroxylethyl Terepthalatedengan

Ethylene GlycolmenghasilkanEthylene Glycoldan Prepolimer.

Jenis : Tangki berpengadukflat six blade open turbine dengan tutup dan alas

ellipsoidal


Tekanan = 1 atm


Jumlah = 4 buah








Jenis pengaduk = turbin daun enam datarJumlah baffle = 4 buah


Daya motor = 2 Hp

5.10 Reaktor Polikondensasi (R 103)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi polikondensasi Prepolimer

menghasilkanEthylene Glycoldan Polyethyleneterepthalate.

8/12/2019 09E00038_2

40/365

Jenis : Tangki berpengaduk helical screw dengan tutup dan alas ellipsoidal.


Tekanan = 0,00197385 atm


Jumlah = 5 buah








Jenis pengaduk = helical screw


Daya motor =10 Hp

5.11 Steam Ejector(EJ 101)

Fungsi : Untuk memvakumkan reaktor polikondensasi (R-103) sampai tekanan200 Pa.

Jenis : Four Stage Vacum Ejector

Jumlah = 1 buah

Kapasitas = 1.538,3 lb/hr

Kapasitas steam = 15.102,9979 kg steam/jam

Tekanan steam = 100 psig

5.12Knock Out Drum(V 101)

Fungsi : Tempat memisahkan gas (uap) dan cairan yang berasal dari partial

condenser (E-102 dan E-103).

Jenis : Tangkisilinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal


Tekanan = 0,00197385 atm


8/12/2019 09E00038_2

41/365

Jumlah = 1 buah








5.13Filter Press (FP 101)

Fungsi : Untuk memisahkan produk PET liquid dari katalis Sb2O3

Bahan konstruksi : Carbon Steel, SA-36

Bentuk : Plate and Frame Filter Press

Jumlah : 1 buah

Kapasitas : 17,7861 m3

Bahan media filter : kanvas

Luas efektif penyaringan : 297,2974 m2

JumlahPlate : 328Jumlahframe : 328

5.14 Kristaliser (CR 101)

Fungsi : Tempat terbentuknya kristal PET

Jenis : Continous Stireed Tank Crystallizer (CSTC)


Tekanan = 1 atmBahan konstruksi : Stainless steel, SA-240, GradeC, type410

Jumlah = 1 buah






8/12/2019 09E00038_2

42/365





Diameter impeller = 0,7367 m

Daya motor = 10 Hp

5.15 Centrifuge(CF 101)

Fungsi : Untuk memisahkan produk kristal PET dengan mother liquor

Jenis : Nozzle discharge centrifuge


Tekanan = 1 atm

Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-285 GradeC

Jumlah = 1 buah

Kapasitas centrifuge = 65,4236 gpm

Diameter bowl = 0,4064 m

Speed = 6250 rpm

Daya motor = 30 Hp

5.16Pelletizer(P-101)

Fungsi : Membentuk produk PET menjadi pelet dengan ukuran 3 mm.

Jenis : Four CylinderDry Ice Pelletizer

Bahan Konstruksi : Commercial Steel

Jumlah : 3 unit

Kapasitas yang ingin dibentuk menjadi pelet = 22.095,9596 kg/jamUntuk kapasitas diatas berdasarkan dari Cold Jet Manufacturer maka digunakan

pelletizer dengan spesifikasi : (www.coldjet.com)

Production Output : 10.909 kg/hr

Dimensions (with shutes and exhausts) : W 72 x L 108 x H 88

Weigth : 6825 lbs / 3100 kg

Hydraulic Oil : 85 gallons / 321,8 liters

Avg Power Consumption : 14,2 kW

8/12/2019 09E00038_2

43/365

5.17Bucket Elevator (BE-101)

Fungsi : Mengangkut bahan baku Terepthalate Acid (PTA) menuju

ke tangki pencampur (MT-101)

Bahan konstruksi : Baja karbon

Kapasitas : 39,329 ton/jam

Ukuran bucket : 10 x 6 x 6 (in)

Bucket spacing : 16 in

Elevator center : 25 ft

Bucket Speed : 68,6 m/menit

Belt width : 11 in

Jumlah : 1 unit

Daya motor : 6 Hp

5.18Belt Conveyor (BC-101)

Fungsi : Mengangkut Polyethylene Terepthalate (PET) Kristal menuju ke

Bucket elevator (BE-102)

Tipe : Throughed Belt on Continous Plate

Kapasitas : 53,0303 ton/jamKecepatanBelt : 100 ft/menit

LebarBelt : 18 in

PanjangBelt : 30 ft

Sudut elevasi : 18o

Bahan kontruksi : Baja karbon

Jumlah : 1 unit

Daya motor : 5 Hp

5.19 Cooler(E-101)

Fungsi : Mendinginkan ethylene glycol dan air keluaran knock

out drum (V 101)

Jenis : 2 4 Shell and Tube Heat Exchanger

Jumlah : 1 unit

Suhu umpan masuk : 160 0C

8/12/2019 09E00038_2

44/365

Suhu umpan keluar : 30 0C

Suhu air pendingin masuk : 10 0C

Suhu air pendingin keluar : 40 0C

Diameter shell : 21 in

Pitch (PT) : 11/4in square pitch

Diameter tube : 1 in

Jenis tube : 11 BWG

Jumlah tube : 170

Panjang tube : 9 ft

5.20Partial Condenser(E-102)

Fungsi : Mengkondensasikan sebagian campuran uap ethylene

glycoldan air keluaran reaktor Esterifikasi (R-101) dan

reaktor Prepolimer (R-102)


Jumlah : 1 unit


Suhu umpan keluar : 1600

CSuhu air pendingin masuk : 10 0C





Jenis tube : 11 BWG

Jumlah tube : 140Panjang tube : 9 ft

5.21Partial Condenser(E-103)

Fungsi : Mengkondensasikan sebagian campuran uap ethylene

glycoldan air keluaran steam ejector (EJ-101)


Jumlah : 1 unit

8/12/2019 09E00038_2

45/365


Suhu umpan keluar : 160 0C

Suhu air pendingin masuk : 10 0C





Jenis tube : 11 BWG

Jumlah tube : 106

Panjang tube : 9 ft

5.22 Cooler(E-104)

Fungsi : Mendinginkan produk Polyethylene Terepthalate

keluaranfilter press(FP-101)


Jumlah : 1 unit


Suhu umpan keluar : 600

CSuhu air pendingin masuk : 10 0C





Jenis tube : 11 BWG

Jumlah tube : 106Panjang tube : 9 ft

5.23 PompaEthylene glycol (J-101)

Fungsi : MemompaEthylene Glycol dari T-101 ke MT-101

Jenis : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel

Daya motor : 1/20 Hp

8/12/2019 09E00038_2

46/365

Jumlah : 2 unit (1 buah cadangan)

5.24 PompaMixer (J-102)

Fungsi : Memompa EG dan PTAdari MT-101 ke R-101

Jenis : Pompa screw


Daya motor : 2 Hp


5.25 Pompa Reaktor Esterifikasi (J-103)

Fungsi : Memompa EG dan PTAdari MT-101 ke R-101

Jenis : Pompa screw


Daya motor : 1 Hp


5.26 Pompa Reaktor Prepolimer (J-104)

Fungsi : Memompa produk dari bottom R-102 ke R-103Jenis : Pompa screw


Daya motor : 3/4 Hp


5.27 PompaKnock Out Drum (J-105)

Fungsi : Memompa produk dari bottom V-101 ke E-101Jenis : Pompa sentrifugal


Daya motor : 1/2 Hp


5.28 PompaPartialCondenser (J-106)

Fungsi : Memompa produk dari bottom E-103 ke V-101

8/12/2019 09E00038_2

47/365

Jenis : Pompa sentrifugal


Daya motor : 1/2 Hp


5.29 Pompa Reaktor Polikondensasi (J-107)

Fungsi : Memompa produk dari reaktor 3 (R-103) ke filter press

(FP-101)

Jenis : Pompa screw


Daya motor : 1 Hp


5.30 PompaFilter Press (J-108)

Fungsi : Memompa produk darifilter press(FP-101) ke E-104

Jenis : Pompa screw


Daya motor : HpJumlah : 2 unit (1 buah cadangan)

5.31 Pompa Crystallizer (J-109)

Fungsi : Memompa produk dari CR-101 ke CF-101

Jenis : Pompa screw


Daya motor : 1 HpJumlah : 2 unit (1 buah cadangan)

8/12/2019 09E00038_2

48/365

BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1 Instrumentasi

Instrumentasi adalah suatu alat yang dipakai di dalam suatu proses

kontrol untuk mengatur jalannya proses agar diperoleh hasil sesuai dengan

yang diharapkan. Dalam suatu pabrik kimia, pemakaian instrumen merupakan

suatu hal yang sangat penting karena dengan adanya rangkaian instrumen

tersebut maka operasi semua peralatan yang ada di dalam pabrik dapat

dimonitor dan dikontrol dengan cermat, mudah dan efisien, sehingga kondisi

operasi selalu berada dalam kondisi yang diharapkan. Namun pada dasarnya,

tujuan pengendalian tersebut adalah agar kondisi proses di pabrik mencapai

tingkat kesalahan (error) yang paling minimum sehingga produk dapat

dihasilkan secara optimal (Perry, 1999).

Fungsi instrumentasi adalah sebagai pengontrol, penunjuk (indicator),

pencatat (recorder), dan pemberi tanda bahaya (alarm). Instrumentasi bekerja

dengan tenaga mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan

secara manual atau otomatis. Instrumen digunakan dalam industri kimia untuk

mengukur variabel-variabel proses seperti temperatur, tekanan, densitas, viskositas,

panas spesifik, konduktifitas, pH, kelembaman, titik embun, tinggi cairan (liquid

level), laju alir, komposisi, dan moisture content. Instrumen-instrumen tersebut

mempunyai tingkat batasan operasi sesuai dengan kebutuhan pengolahan

(Timmerhaus, 2004).

Variabel-variabel proses yang biasanya dikontrol/diukur oleh instrumen

adalah (Considine,1985) :

1. Variabel utama, seperti temperatur, tekanan, laju alir, dan level cairan.

2. Variabel tambahan, seperti densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas,

pH, humiditas, titik embun, komposisi kimia, kandungan kelembaban, dan

variabel lainnya.

Secara umum, kerja dari alat-alat instrumentasi dapat dibagi dua bagian yaitu

operasi secara manual dan operasi secara otomatis. Penggunaan instrumen pada suatu

8/12/2019 09E00038_2

49/365

peralatan proses bergantung pada pertimbangan ekonomis dan sistem peralatan itu

sendiri. Pada pemakaian alat-alat instrumentasi juga harus ditentukan apakah alat-

alat itu dipasang pada peralatan proses (manual control) atau disatukan dalam suatu

ruang kontrol yang dihubungkan dengan bagian peralatan (automatic control).

(Perry,1999).

Menurut sifatnya konsep dasar pengendalian proses ada dua jenis, yaitu :

Pengendalian secara manual

Tindakan pengendalian yang dilakukan oleh manusia. Sistem pengendalian

ini merupakan sistem yang ekonomis karena tidak membutuhkan begitu banyak

instrumentasi dan instalasinya. Namun pengendalian ini berpotensi tidak praktis dan

tidak aman karena sebagai pengendalinya adalah manusia yang tidak lepas dari

kesalahan.

Pengendalian secara otomatis

Berbeda dengan pengendalian secara manual, pengendalian secara otomatis

menggunakan instrumentasi sebagi pengendali proses, namun manusia masih terlibat

sebagai otak pengendali. Banyak pekerjaan manusia dalam pengendalian secara

manual diambil alih oleh instrumentasi sehingga membuat sistem pengendalian ini

sangat praktis dan menguntungkan.

Hal-hal yang diharapkan dari pemakaian alat-alat instrumentasi adalah:

Kualitas produk dapat diperoleh sesuai dengan yang diinginkan

Pengoperasian sistem peralatan lebih mudah

Sistem kerja lebih efisien

Penyimpangan yang mungkin terjadi dapat diketahui dengan cepat

Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam instrumen-instrumen adalah

(Timmerhaus, 2004) :

1. Rangeyang diperlukan untuk pengukuran

2. Levelinstrumentasi

3. Ketelitian yang dibutuhkan

4. Bahan konstruksinya

5. Pengaruh pemasangan instrumentasi pada kondisi proses

8/12/2019 09E00038_2

50/365

6.1.1 Tujuan Pengendalian

Tujuan perancangan sistem pengendalian dari pabrik pembuatan PET dari

Asam Tereftalat dan Etilen Glikol adalah sebagai keamanan operasi pabrik yang

mencakup :

Mempertahankan variabel-variabel proses seperti temperatur dan tekanan

tetap berada dalam rentang operasi yang aman dengan harga toleransi yang

kecil.

Mendeteksi situasi berbahaya kemungkinan terjadinya kebocoran alat, karena

komponen zat yang digunakan pada pabrik sangat mudah terbakar.

Pendeteksian dilakukan dengan menyediakan alarm dan sistem penghentian

operasi secara otomatis (automatic shut down systems).

Mengontrol setiap penyimpangan operasi agar tidak terjadi kecelakaan kerja

maupun kerusakan pada alat proses.

6.1.2 Jenis-jenis Pengendalian dan Alat Pengendali

Sistem pengendalian yang digunakan pada pabrik ini menggunakan dan

mengkombinasikan beberapa tipe pengendalian sesuai dengan tujuan dan

keperluannya :

1. Feedback control

Perubahan pada sistem diukur (setelah adanya gangguan), hasil pengukuran

dibandingkan dengan set point, hasil perbandingan digunakan untuk

mengendalikan variabel yang dimanipulasi.

2. Feedforward control

Besarnya gangguan diukur (sensor pada input), hasil pengukuran digunakanuntuk mengendalikan variabel yang dimanipulasi.

3. Adaptive control

Sistem pengendalian yang dapat menyesuaikan parameternya secara otomatis

sedemikian rupa untuk mengatasi perubahan yang terjadi dalam proses yang

dikendalikannya, umumnya ditandai dengan adanya reset input pada controller

(selain set pointpada inputdari sensor).

8/12/2019 09E00038_2

51/365

4. Inferential control

Seringkali variabel yang ingin dikendalikan tidak dapat diukur secara langsung,

sebagai solusinya digunakan sistem pengendalian di mana variabel yang terukur

digunakan untuk mengestimasi variabel yang akan dikendalikan, variabel terukur

dan variabel tak terukur tersebut dihubungkan dengan suatu persamaan

matematika.

Pengendalian yang banyak digunakan adalah jenis feedback (umpan balik)

berdasarkan pertimbangan kemudahan pengendalian. Diagram balok untuk sistem

pengendalian ini secara umum dapat dilihat pada Gambar 6.1 berikut ini :

controller

Elemen

Pengendali

Akhir

Proses

measuring

device

+

gangguan(disturbances)

Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback

Pengukuran nilai keempat variabel di atas menggunakan bantuan sensor

untuk mendeteksi nilai masing-masing variabel proses. Sedangkan variabel proses

yang lain termasuk dalam kategori tertentu karena variabel itu tergantung kebutuhan

akan proses yang melibatkannya. Variabel proses tersebut antara lain :

a. Konsentrasi

b.Kepadatan (density) dan spesific gravity

c. Kelembaban (humidity) dan kadar air (moisture)

d.Kekeruhan zat cair (turbidity) dan derajat warna zat cair (clarity)

8/12/2019 09E00038_2

52/365

Untuk pengukuran nilai variabel proses di atas dapat digunakan sebuah

penganalisis (analyzer).

Gambar 6.2 Sebuah loop Pengendalian

Dari gambar di atas dapat dijelaskan bahwa dalam proses terdapat variabel

proses yang diantisipasi oleh elemen primer sebagai nilai perubahan proses misalnya

naik turunnya level suatu tangki, tinggi rendahnya temperatur, cepat lambatnya aliran

fluida, dan tinggi rendahnya tekanan dalam suatu tangki. Variabel proses ini bersifatrelatif atau dalam kondisi berubah-ubah. Sensor diterjemahkan sebagai harga

pengukuran. Untuk lebih jelasnya, gambar di bawah ini merupakan suatu contoh

aktual dari suatu proses yang terkendali.

Pada dasarnya sistem pengendalian terdiri dari (Considine,1985) :

a. Elemen Primer (Primary Element)Elemen Primer berfungsi untuk menunjukkan kualitas dan kuantitas suatu

variabel proses dan menerjemahkan nilai itu dalam bentuk sinyal denganmenggunakan transducer sebagai sensor. Ada banyak sensor yang digunakan

tergantung variabel proses yang ada.

Sensor untuk temperatur, yaitu bimetal, thermocouple, termal mekanik, dll.

Sensor untuk tekanan, yaitu diafragma, cincin keseimbangan, dll.

Sensor untuk level,yaitu pelampung, elemen radioaktif, perbedaan tekanan, dll.

Sensor untuk aliran atauflow,yaitu orifice, nozzledll.

ELEMEN

PENGENDALI

PROSES

ELEMEN

PENGUKURAN

ELEMEN

PRIMER

ELEMEN

PENGENDALI

AKHIR

GANGGUAN

SET POINT

8/12/2019 09E00038_2

53/365

b. Elemen Pengukuran (Measuring Element)Elemen Pengukuran berfungsi mengonversikan segala perubahan nilai yang

dihasilkan elemen primer yang berupa sinyal ke dalam sebuah harga pengukuran

yang dikirimkan transmitterke elemen pengendali.

Tipe Konvensional

Tipe ini menggunakan prinsip perbedaan kapasitansi.

Tipe Smart

Tipe smartmenggunakan microprocessor elektronicsebagai pemroses sinyal.

c. Elemen Pengendali (Controlling Element)Elemen pengendali berfungsi menerima sinyal dari elemen pengukur yang

kemudian dibandingkan dengan set pointdi dalam pengendali (controller). Hasilnya

berupa sinyal koreksi yang akan dikirim ke elemen pengendali menggunakan

processor (computer, microprocessor) sebagai pemroses sinyal pengendalian. Jenis

elemen pengendali yang digunakan tergantung pada variabel prosesnya.

Untuk variabel proses yang lain misalnya :

a. Temperatur menggunakan Temperature Controller(TC)

b. Tekanan menggunakan Pressure Controller(PC)

c. Aliran/flowmenggunakan Flow Controller(FC)

d. LevelmenggunakanLevel Controller(LC)

d. Elemen Pengendali AkhirElemen pengendali akhir berperan mengonversikan sinyal yang diterimanya

menjadi sebuah tindakan korektif terhadap proses. Umumnya industri menggunakan

control valvedan pompa sebagai elemen pengendali akhir.1. Controlvalve

Controlvalvemempunyai tiga elemen penyusun, yaitu:

Positioneryang berfungsi untuk mengatur posisi actuator.

ActuatorValveberfungsi mengaktualisasikan sinyal pengendali (valve).

Ada dua jenis actuatorvalveberdasarkan prinsip kerjanya yaitu :

a. Actuatorspring/per.

8/12/2019 09E00038_2

54/365

Actuator ini menggunakan spring/per sebagai penggerak piston

actuator.

b. Actuatoraksi ganda (double acting)

Untuk menggerakkan piston, actuatorini menggunakan tekanan udara

yang dimasukkan ke rumah actuator.

Valve, merupakan elemen pengendali proses. Ada banyak tipe valve

berdasarkan bentuknya seperti butterfly valve, valve bola, dan valve

segmen.

2. Pompa Listrik

Elemen pompa terdiri dari dua bagian, yaitu :

ActuatorPompa.

Sebagai actuator pompa adalah motor listrik. Motor listrik mengubah

tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Prinsip kerjanya berdasarkan

induksi elektromagnetik yang menggerakkan motor.

Pompa listrik berfungsi memindahkan/menggerakkan fluida baik itu zat

cair, gas dan padat.

Secara garis besar, fungsi instrumentasi adalah sebagai berikut :

1. Penunjuk (indicator)

2. Pencatat (recorder)

3. Pengontrol (regulator)

4. Pemberi tanda bahaya (alarm)

Adapun instrumentasi yang digunakan di pabrik PET ini mencakup :

1. Temperature Controller(TC)

Adalah alat/instrumen yang digunakan sebagai alat pengatur suhu atau pengukur

sinyal mekanis atau listrik. Pengaturan temperatur dilakukan dengan mengatur

jumlah material proses yang harus ditambahkan/dikeluarkan dari dalam suatu

proses yang sedang bekerja.

Prinsip kerja :

8/12/2019 09E00038_2

55/365

Ratefluida masuk atau keluar alat dikontrol oleh diafragma valve. Ratefluida ini

memberikan sinyal kepada TC untuk mendeteksi dan mengukur suhu sistem pada

set point.

2. Pressure Controller(PC)

Adalah alat/instrumen yang dapat digunakan sebagai alat pengatur tekanan atau

pengukur tekanan atau pengubah sinyal dalam bentuk gas menjadi sinyal

mekanis. Pengatur tekanan dapat dilakukan dengan mengatur jumlah uap/gas

yang keluar dari suatu alat dimana tekanannya ingin dideteksi.

Prinsip kerja :

Pressure control (PC) akibat tekanan uap keluar akan membuka/menutup

diafragma valve. Kemudian valve memberikan sinyal kepada PC untuk

mengukur dan mendeteksi tekanan pada set point.

3. Flow Controller(FC)

Adalah alat/instrumen yang bisa digunakan untuk mengatur kecepatan aliran

fluida dalam pipa line atau unit proses lainnya. Pengukuran kecepatan aliran

fluida dalam pipa biasanya diatur dengan mengatur out put dari alat, yang

mengakibatkan fluida mengalir dalam pipa line.

Prinsip kerja :

Kecepatan aliran diatur oleh regulating valve dengan mengubah tekanan

discharge dari pompa. Tekanan discharge pompa melakukan bukaan/tutupan

valve dan FC menerima sinyal untuk mendeteksi dan mengukur kecepatan aliran

pada set point.

4. Level Controller(LC)

Adalah alat/instrumen yang dipakai untuk mengatur ketinggian (level) cairan

dalam suatu alat dimana cairan tersebut bekerja. Pengukuran tinggi permukaan

cairan dilakukan dengan operasi dari sebuah control valve, yaitu dengan

mengatur ratecairan masuk atau keluar proses.

Prinsip kerja :

8/12/2019 09E00038_2

56/365

Jumlah aliran fluida diatur oleh control valve. Kemudian rate fluida melalui valve

ini akan memberikan sinyal kepada LC untuk mendeteksi tinggi permukaan pada

set point.

Alat sensing yang digunakan umumnya pelampung atau transduser diafragma

untuk mendeteksi dan menunjukkan tinggi permukaan cairan dalam alat

dimana cairan bekerja.

Proses pengendalian pada pabrik ini menggunakan feedback control

configuration karena selain biayanya relatif lebih murah, pengaturan sistem

pengendaliannya menjadi lebih sederhana. Konfigurasi ini mengukur secara

langsung variabel yang ingin dikendalikan untuk mengatur harga variabel yang

dimanipulasi. Tujuan pengendalian ini adalah untuk mempertahankan variabel

yang dikendalikan pada level yang diinginkan (set point).

Sinyal output yang dihasilkan oleh pengendali oleh pengendali feedback ini

berupa pneumatic signal yaitu dengan menggunakan udara tekan. Tipe pengendali

feedback yang digunakan pada perancangan ini, yaitu :

1.Jenis P (Proportional), digunakan untuk mengendalikan tekanan gas.

2.Jenis PI (Proportional Integral), digunakan untuk mengendalikan laju alir

(flow), ketinggian (level) cairan, dan tekanan zat cair.

3.Jenis PID (Proportional Integral Derivative), digunakan untuk mengendalikan

temperatur.

6.1.3 Variabel-variabel Proses dalam Sistem Pengendalian

1. Tekanan

Peralatan untuk mengukur tekanan fluida adalah kombinasi silikon oil dalam

membran/plat tipis dengan pengukur kuat arus listrik. Prinsipnya adalah perubahan

kuat arus listrik akibat perubahan tekanan. Instrumen ini digunakan antara lain

untuk mengukur tekanan pada reaktor, dan tekanan keluaran blower.

2. Temperatur

Peralatan untuk mengukur temperatur adalah thermocouple. Instrumen ini

digunakan antara lain dalam pengukuran temperatur dalam reaktor, heat

exchanger,dancrystallizer .

8/12/2019 09E00038_2

57/365

3. Laju Alir

Peralatan yang digunakan untuk mengukur laju alir fluida adalah venturimeter.

Instrumen ini digunakan antara lain dalam pengukuran laju alir zat masukan

reaktor.

4. Perbandingan Laju Alir

Peralatan yang digunakan adalah sambungan mekanik (mechanical linkage) yang

dapat disesuaikan (adjustable), pneumatik, atau elektronik. Hasil pengukuran laju

alir aliran yang satu menentukan set point laju alir aliran lainnya. Instrumen ini

digunakan pada pengukuran laju alir umpan reaktor

5. Permukaan Cairan

Peralatan untuk mengukur level permukaan cairan adalah pelampung dan lengan

gaya. Prinsipnya adalah perubahan gaya apung yang dialami pelampung akibat

perubahan levelcairan. Pelampung yang mengapung pada permukaan cairan selalu

mengikuti tinggi permukaan cairan sehingga gaya apung pelampung dapat

diteruskan ke lengan gaya, sehingga dapat diketahui tinggi cairan. Penggunaannya

adalah untuk mengukur level permukaan fluida seperti pada kolom waste heat

boiler, dan tangki.

6.1.4 Syarat Perancangan Pengendalian

Beberapa syarat penting yang harus diperhatikan dalam perancangan pabrik

antara lain :

1. Tidak boleh terjadi konflik antar unit, di mana terdapat dua pengendali pada

satu aliran.

2. Penggunaan supervisory computer control untuk mengkoordinasik

09E00038_2

Documents

Transcript of 09E00038_2