MAKALAH PENGENDALIAN PROSES

Di Teknik Kimia

OLEH :

AKHMAD HAFIZ ADITYA NIM : 061440411696

DELI KUSUMA WARDANI NIM : 061440411699

MUHAMMMAD ARIFIN NIM : 061440411705

TOMI SUHARNO NIM : 061440411715

Kelas: 3 EGC

Dosen Pembimbing : H. Yohandri Bow, S.T., M.S.

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

PALEMBANG

2015/2016

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT atas nikmat dan karunia-Nya penyusun dapat

menyelesaikan penyusunan makalah berjudul pengertian humidifikasi ini. Salawat dan salam

juga penyusun persembahkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW beserta keluarga, sahabat

serta pengikutnya sampai akhir zaman.

Penyusun menyadari bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan jauh dari

kesempurnaan. Untuk itu penulis masih mengharapkan kritik dan saran yang bersifat

membangun guna penyempurnaan makalah di masa datang.

Dalam penyelesaian makalah ini penyusun banyak mendapatkan bantuan dan

pengarahan dari berbagai pihak terutama dari dosen pembimbing. Maka pada kesempatan ini

penyusun ingin mengucapkan terima kasih yang tulus kepada H. Yohandri Bow, ST., MS.

selaku dosen pembimbing mata kuliah Pengendalia Proses.

Atas semua bantuan dan bimbingan yang telah diberikan kepada penulis, semoga akan

mendapatkan imbalan yang setimpal dari Allah SWT. Akhir kata penyusun mengharapkan

semoga makalah ini dapat bermanfaat dan berguna baik bagi penyusun maupun bagi

pembaca, Amin.

Palembang, September 2015

Penyusun

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Pengendalian proses adalah disiplin ilmu yang melibatkan statistika dan teknik

yang melibatkan pembuatan mekanisme dan algoritma untuk mengendalikan keluaran

dari suatu proses tertentu. Sebagai contoh adalah sistem pengaturan temperatur ruangan

agar temperatur ruangan terjaga konstan setiap saat, misalnya pada 20 °C. Pada kasus ini,

temperatur disebut sebagai variabel terkendali. Selain itu, karena temperatur diukur oleh

suatu termometer dan digunakan untuk menentukan kerja pengendali (apakah ruangan

perlu didinginkan atau tidak), temperatur juga merupakan variabel input. Temperatur

yang diinginkan (20 °C) adalah setpoint. Keadaan dari pendingin (misalnya laju keluaran

udara pendingin) dinamakan variabel termanipulasi karena merupakan variabel yang

terkena aksi pengendalian.

Alat pengendalian yang umum digunakan adalah Programmable Logic Controller

(PLC). Alat ini digunakan untuk membaca input analog maupun digital, melakukan

serangkaian program logika, dan menghasilkan serangkaian output analog maupun

digital. Pada kasus sistem pengaturan temperatur, temperatur ruangan menjadi input bagi

PLC. Pernyataan-pernyataan logis akan membandingkan setpoint dengan masukan nilai

temperatur dan menentukan apakah perlu dilakukan penambahan atau pengurangan

pendinginan untuk menjaga temperatur agar tetap konstan. Output dari PLC akan

memperbesar atau memperkecil aliran keluaran udara pendingin bergantung pada

kebutuhan. Untuk suatu sistem pengendalian yang kompleks, perlu digunakan sistem

pengendalian yang lebih kompleks daripada PLC.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam makalah ini adalah bagaimana prinsip-prinsip

dari alat pengendalian proses situ dan apa contoh alat pengendalian tersebut yang

digunakan dalam industri.

1.3 Tujuan dan Manfaat

Tujuan dalam makalah ini adalah :

Agar dapat mengetahui bagaimana prinsip-prinsip dari alat pengendalian proses dan

contoh alat pengendalian proses tersebut yang digunakan dalam industri.

Manfaat pembuatan makalah ini adalah :

1. Memberikan pengetahuan dan pemahaman prinsip-prinsip dan contoh alat

pengendalian proses.

2. Menjadikan salah satu referensi pembelajaran mata kuliah pengendalian proses

mengenai prinsip-prinsip alat pengendalian proses.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Tujuan pemasangan alat pengendalian

Agar proses selalu stabil dibutuhkan instalasi alat-alat pengendalian. Alat-alat

pengendalian dipasang dengan tujuan:

1. Menjaga keamanan dan keselamatan kerja

Keamanan dalam operasi suatu pabrik kimia merupakan kebutuhan primer untuk

orang-orang yang bekerja di pabrik dan untuk kelangsungan perusahaan. Untuk

menjaga terjaminnya keamanan, berbagai kondisi operasi pabrik seperti tekanan

operasi, temperatur, konsentrasi bahan kimia, dan lain sebagainya harus dijaga

tetap pada batas-batas tertentu yang diizinkan.

2. Memenuhi spesifikasi produk yang diinginkan

Pabrik harus menghasilkan produk dengan jumlah tertentu (sesuai kapasitas

desain) dan dengan kualitas tertentu sesuai spesifikasi. Untuk itu dibutuhkan suatu

sistem pengendali untuk menjaga tingkat produksi dan kualitas produk yang

diinginkan.

3. Menjaga peralatan proses dapat berfungsi sesuai yang diinginkan dalam desain

Peralatan-peralatan yang digunakan dalam operasi proses produksi memiliki

kendala-kendala operasional tertentu yang harus dipenuhi. Pada pompa harus

dipertahankan NPSH, pada kolom distilasi harus dijaga agar tidak flooding,

temperatur dan tekanan pada reaktor harus dijaga agar tetep beroperasi aman dan

konversi menjadi produk optimal, isi tangki tidak boleh luber ataupun kering,

serta masih banyak kendalakendala lain yang harus diperhatikan.

4. Menjaga agar operasi pabrik tetap ekonomis.

Operasi pabrik bertujuan menghasilkan produk dari bahan baku yang memberi

keuntungan yang maksimum, sehingga pabrik harus dijalankan pada kondisi yang

menyebabkan biaya operasi menjadi minimum dan laba yang diperoleh menjadi

maksimum.

5. Memenuhi persyaratan lingkungan

Operasi pabrik harus memenuhi berbagai peraturan lingkungan yang memberikan

syarat-syarat tertentu bagi berbagai buangan pabrik kimia.

Untuk memenuhi persyaratan diatas diperlukan pengawasan (monitoring)

yang terus menerus terhadap operasi pabrik kimia dan intervensi dari luar (external

intervention) untuk mencapai tujuan operasi. Hal ini dapat terlaksana melalui suatu

rangkaian peralatan (alat ukur, kerangan, pengendali, dan komputer) dan intervensi

manusia (plant managers, plants operators) yang secara bersama membentuk control

system. Dalam pengoerasian pabrik diperlukan berbagai prasyarat dan kondisi operasi

tertentu, sehingga diperlukan usaha-usaha pemantauan terhadap kondisi operasi

pabrik dan pengendalian proses supaya kondisi operasinya stabil.

2.2 Sistem Pengendalian

Sistem pengendali diterapkan untuk memenuhi 3 kelompok kebutuhan, yaitu:

1. menekan pengaruh gangguan eksternal

2. memastikan kestabilan suatu proses kimiawi

3. optimasi kinerja suatu proses kimiawi

Variabel-variabel yang terlibat dalam proses operasi pabrik adalah F (laju alir), T

(temperatur), P (tekanan) dan C (konsentrasi). Variabel-variabel tersebut dapat

dikategorikan menjadi 2 kelompok, yaitu variabel input dan variabel output. Variabel

input adalah variabel yang menandai efek lingkungan pada proses kimia yang dituju.

Variabel ini juga diklasifikasikan dalam 2 kategori, yaitu:

1. manipulated (adjustable) variable, jika harga variabel tersebut dapat diatur

dengan bebas oleh operator atau mekanisme pengendalian

2. disturbance variable, jika harga tidak dapat diatur oleh operator atau sistem

pengendali, tetapi merupakan gangguan.

Sedangkan variabel output adalah variabel yang menandakan efek proses kimia

terhadap lingkungan yang diklasifikasikan dalam 2 kelompok:

1. measured output variables, jika variabel dapat diketahui dengan pengukuran

langsung

2. unmeasured output variables, jika variabel tidak dapat diketahui dengan

pengukuran langsungContoh alat pengendalian Proses

1. HP STRIPPER (HIGH PRESSURE STRIPPER)

Alat ini berada pada unit sintesa urea di pabrik urea PT. Pupuk Kaltim. Dalam

sintesa urea, reaksi pembentukan urea di reaktor tidak berlangsung sempurna. Akibatnya

produk yang keluar reaktor masih mengandung ammonium carbamate yang belum

terkonversi menjadi urea serta terdapat kelebihan NH3. Kedua produk sampingan ini harus

dipisahkan dari larutan urea yang dihasilkan. Untuk memisahkan reaktan ini, dilakukan

stripping dengan menggunakan gas CO2 dalam alat yang bernama High Pressure Stripper.

Alat ini merupakan shell and tube exchanger yang terdiri dari 2560 tube type

straight dengan outside diameter 31 mm dan inside dimeter shell 2300 mm. Fluida shell

side adalah steam dengan flow 54900 kg/jam dan temperatur 214 oC, sedang fluida tube

side adalah sistem larutan urea – gas CO2.

a) Filosofi Proses

Larutan urea dari reaktor pada suhu ±183 oC dikontakkan dengan gas CO2 pada

suhu ±120 oC secara counter current. Urea mengalir turun membasahi sepanjang dinding

tube mebentuk lapisan tipis (film), dan gas CO2 yang masuk dari bawah menstripping

ammonium carbamate yang terurai menjadi gas CO2 dan NH3 karena bantuan steam untuk

dikembalikan ke HPCC (High Pressure Ammonium Carbamate Condenser). Sedangkan

urea yang mengandung sedikit ammonium carbamate meninggalkan HP stripper pada

temperatur ±165 oC menuju unit resirkulasi, sedang campuran gas yang sebagian besar

mengandung CO2 menuju bagian atas HP stripper pada temperatur ±187 oC menuju

HPCC.

Karena reaksi penguraian ammonium carbamate menjadi gas CO2 dan NH3

merupakan reaksi endotermis, maka alat ini juga memerlukan panas. Panas di supplai dari

luar (berupa steam), panas ini juga untuk menjaga agar larutan tetap pada titik didihnya

serta untuk menguraikan ammonium carbamate menjadi CO2 dan NH3. Akibat aliran gas

CO2 yang bersinggungan dengan lapisan film larutan pada dinding tube akan membantu

penguraian ammonium carbamate menjadi CO2 dan NH3, dengan demikian dapat

mengurangi pemakaian steam dalam penguraian di HP stripper, sehingga mengurangi

resiko terbentukya biuret.

b) Pengendalian Proses

Di bagian bawah HP stripper, kondisinya sangat sesuai untuk berlangsungnya

hidrolisa urea dan pembentukan biuret, karena bersuhu tinggi dan konsentrasi ammonium

carbamate rendah. Untuk mengurangi resiko terbentunya biuret, selain dengan

pendinginan oleh gas CO2, dapat juga dilakukan dengan menjaga level steam kondensat di

shell side HP stripper. Penjagaan level dilakukan dengan mengontrol suhunya, jika

suhunya di atas 165 oC maka valve akan membuka dan steam akan keluar sehingga

temperatur bagian bawah stripper tetap 165 oC. Akibatnya, transfer panas dapat dikurangi

sehingga resiko terbentuknya biuret bisa dihindari.

c) Variable Process :

Set Point : Temperatur

Process Varible : Level

Manipulated Variable : Laju Alir ( Control Valve )

Disturbance : Steam yang masuk

d) Gambar Unit

e) Gambar Alat

2. RECTIFYING COLUMN

Alat ini terdapat pada unit resirkulasi pada pabrik urea di PT. Pupuk Kaltim. Alat

ini berupa separator yang berfungsi sebagai pemisah urea (55%) yang keluar dari HP

Stripper dari ammonium carbamate dengan cara menguraikannya menjadi CO2 dan NH3.

Bagian atas alat ini berupa separator, dan bagian bawahnya berupa heater.

ammoniumcarbam

a) Filosofi Proses

Hasil reaksi pembentukan urea di unit sintesa urea, menghasilkan urea dengan

kadar 55% saja. Sisanya berupa larutan ammonium carbamate dan air. Di unit resirkulasi

ini, urea dibersihkan dari reaktan yang tidak terkonversi (ammonium carbamate) dan

produk lain (air). Alat utama pada unit ini adalah rectifying column.

Pertama-tama laruttan urea 55% dari unit sintesa dimasukkan ke rectifying column

bagian atas. Sebelum masuk, tekanan larutan tekanan diturunkan secara tiba-tiba dari 145

– 160 kg/cm2 menjadi 4,2 kg/cm2. Selanjutnya larutan di spray di bagian atas rectifying

column. Sesuai dengan reaksi pembentukan ammonium carbamate, sebagai berikut :

2NH3 + CO2 NH2COONH4 + Q ......... (*)

Maka, bila tekanan diturunkan kesetimbangan akan bergeser ke daerah yang

memiliki koefisien lebih besar, dalam hal ini CO2 dan NH3. Artinya, jika tekanan

diturunkan, maka ammonium carbamate yang tidak terkonversi di unit sintesa akan terurai

menjadi CO2 dan NH3 dalam fase gas yang akan langsung menuju ke Low Pressure

Carbamate Condenser (LPCC). Pada tahap ini juga terdapat air yang teuapkan dan ikut ke

LPCC bersama den gan CO2 dan NH3.

Selain penurunan tekanan, pemurnian urea 55% juga dilakukan dengan

menggunakan heater yang terdapat di bagian bawah rectifying column. Setelah larutan

masuk melalui bagian atas rectifying column, larutan akan bergerak turun menuju bagian

bawah, yaitu heater. Sesuai dengan reaksi (*), maka dengan pemanasan maka

kesetimbangan akan bergeser ke arah reaktan, sehingga ammonium carbamate yang masih

tersisa akan terurai menjadi CO2 dan NH3 diikuti dengan penguapan air yang tersisa. CO2,

NH3, dan uap air ini kemudian menyusul ke LPCC. Selanjutnya, larutan urea yang telah

menjadi lebih pekat dikirim/masuk ke flash tank.

b) Pengendalian Proses

Unit resirkulasi menggunakan tekanan sebesar 4,2 kg/cm2 absolut dan temperature

larutan yang keluar rectifying column dijaga 130 – 140 oC. Jika temperatur terlalu rendah,

maka banyak ammonia (NH3) hasil penguraian ammonium carbamate bukannya masuk ke

LPCC tapi malah ikut dengan urea masuk ke flash tank. Namun, bila temperatur terlalu

tinggi (>140 oC), maka akan semakin banyak air yang ikut ke LPCC dan akan terbentuk

biuret.

Biuret adalah hasil samping yang tidak diinginkan dari reaksi pembentukan urea.

Reaksinya adalah sebagai berikut :

2NH2CONH2 NH2CONHCONH2 + NH3 - Q

Biuret akan selalu terbentuk dalam pembentukan urea, sehingga tidak bisa dihindari.

Karena biuret merupakan racun bagi tanaman, maka kandungan biuret dalam urea untuk

keperluan pertanian harus dijaga serendah mungkin (maksimal 1%). Dari reaksi

pembentukan biuret di atas, terlihat bahwa biuret mudah terbentuk dalam kondisi sebagai

berikut :

Konsentrasi urea tinggi

Konsentrasi ammonia rendah

Temperatur tinggi

c) Variable Process :

Set Point : Temperatur

Process Variable : Steam masuk

Manipulated Variable : Laju alir steam

Disturbance : Temperatur dalam steam

d) Gambar Unit

ure biure

e) Gambar Alat

3. FLASH TANK

Flash tank merupakan alat yang terletak setelah rectifying column pada unit

resirkulasi. Flash tank memiliki dua fungsi, yang pertama adalah sebagai pengatur level.

Dan yang kedua adalah sebagai separator yang memisahkan ammonium carbamate yang

belum terurai di rectifying column menjadi CO2 dan NH3 dengan cara menurunkan

tekanan (flashing) dari 4,2 kg/cm2 menjadi 0,45 kg/cm2 (vakum).

a) Filosofi Proses

Setelah larutan urea mangalami dua tahap pemurnian di rectifying column, urea

yang sudah menjadi lebih murni di masukkan ke flash tank dan kembali mengalami

penurunan tekanan dari 4,2 kg/cm2 menjadi vakum. Karena adanya penurunan tekanan ini,

maka sisa ammonium carbamate yeng tidak terurai di rectifying column akan terurai di

sini. Penurunan tekanan ini terjadi di valve sebelum flash tank. Akibat dari penurunan

tekanan, kadar urea meningkat dari 55% menjadi 75% – 76%. Larutan yang keluar dari

flash tank turun secara gravitasi ke Urea Storage Tank (UST). Urea ini terdiri dari 75% -

76% urea, dan sisanya air serta sedikit CO2 dan NH3.

b) Pengendalian Proses

Di flash tank, tekanan sangat mempengaruhi temperatur larutan. Jadi, dengan

adanya penurunan tekanan menjadi vakum, otomatis temperatur akan turun. Temperatur

awal saat larutan keluar dari rectifying column 130 – 140 oC turun menjadi 87 – 90 oC.

Temperatur harus dipertahankan dalam range tersebut. Karena bila temperatur berada di

bawah range akan terjadi kristalisasi. Dan jika temperatur berada di atas range, maka akan

terbentuk biuret. Inilah gunanya tekanan dibuat vakum. Yang berakibat turunnya

temperatur. Karena, pada tahap akhir pemrosesan urea, kecenderungan terbentuknya biuret

sangat besar akibat kondisinya optimalnya terpenuhi. Hal ini dapat dikurangi dengan

memprosesnya di bawah kondisi vakum. Karena kondisi vakum akan menurunkan titik

didih sehingga temperatunya juga lebih rendah. Ini akan mengurangi jumlah biuret yang

terdapat pada urea.

c) Variable Process :

Set Point : Temperature

Process Variable : Tekanan

Manipulated Variable : Control Valve

Disturbance : Urea yang keluar dari flash tank

d) Gambar Unit

e) Gambar Alat

4. EVAPORATOR

Alat ini berada pada unit evaporasi yang terletak setelah unit resirkulasi di pabrik

urea PT. Pupuk Kaltim. Evaporator adalah suatu peralatan yang berfungsi memisahkan

uap air dengan larutannya sehingga larutan menjadi lebih pekat. Bagian bawahnya berupa

heater dan bagian atasnya berupa separator.

a) Filosofi Proses

Evaporator ini di operasikan pada tekanan dan temperatur yang rendah untuk

memekatkan urea keluaran dari unit resirkulasi dari 75% – 76% menjadi 99,7%.

Penurunan tekanan (menjadi vakum) diperoleh dengan menggunakan sistem kondensor

dan ejector.

Kondensor adalah alat yang berfungsi mengkondensasikan gas menggunakan

cooling water.

Ejector adalah perealatan yang berfungsi membuat sistem menjadi vakum.

Dari sifat fisis larutan urea, maka untuk memekatkan urea menjadi 99,7%

digunakan dua tingkat evaporator. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya

kristalisasi urea. Di unit ini terdapat dua step :

ü Evapotator tingkat 1 (first stage evaporator)

Larutan dipanaskan menjadi 130 – 135 oC (di heater) dengan tekanan 0,35 – 0,4 kg/cm2

(vakum).

ü Evaporator tingkat 2 (second stage evaporator)

Temperatur larutan dijaga maksimal 140 oC (di heater) dengan tekanan diturunkan

menjadi 0,035 kg/cm2 (vakum).

Larutan yang mengandung 75 – 76% urea dari urea storage tank dipompa ke first

stage evaporator yang beroperasi pada tekanan vakum 0,35 kg/cm2 dan masuk ke heater

yang bertemperatur 130 – 135 oC. Akibatnya air dalam larutan akan menguap. Larutan

kemudian dipisahkan, gas/uap air masuk ke separator sehingga terpisah dari larutannya.

Karena tekanan pada second stage evaporator lebih rendah dari first stage

evaporator, maka larutan mengalir secara alami ke second stage evaporator dimana

temperatur larutan dinaikkan dan dijaga konstan 140 oC. Sama seperti di first stage

evaporator, air dalam larutan akan kembali menguap dan masuk ke separator. Larutan

yang keluar dari second stage evaporator berupa urea melt (bubur) dengan konsentrasi

99,7% yang selanjutnya di pompa ke bagian atas prilling tower untuk proses selanjutnya.

Penurunan tekanan yang diikuti pemanasan pada dasarnya akan menyebabkan air

yang berada dalam larutan menguap. Yang perlu diperhatikan di sini adalah bila tekanan

awal evaporator langsung diturunkan menjadi 0,035 kg/cm2, maka larutan akan langsung

mengkristal, akibatnya urea mengkristal sebelum waktunya ini tidak bisa dikirim ke

prilling tower. Selain itu, kristal urea juga akan membuntu pada pipa dan peralatan pada

unit ini. Inilah sebabnya maka digunakan dua tingkat evaporator dengan menurunkan

tekanan secara bertahap sampai 0,035 kg/cm2.

Resiko dari alat ini adalah terbentuknya biuret, karena selama proses evaporasi

larutan dipanaskan. Namun, pembentukan biuret ini dapat diminimalisasi dengan

penurunan tekanan, yang disamping untuk membantu menguapkan air, juga agar panas

yang digunakan penguapan tidak banyak sehingga resiko pembentukan biuret dapat

ditekan.

b) Pengendalian Proses

Tekanan first stage evaporator dijaga 0,35 – 0,4 kg/cm2 dan temperatur juga dijaga

135 – 140 oC. Jika tekanan lebih besar lagi, maka konsentrasi urea akan berkurang (air

yang menguap sedikit) yang mengakibatkan second stage evaporator terbebani (overload)

dan ada resiko terbentuk biuret. Namun, jika tekanan lebih rendah, temperatur juga ikut

turun dan mengakibatkan kristalisasi.

Seperti halnya first stage evaporator, tekanan dan temperatur second stage

evaporator juga dijaga 0,035 kg/cm2 dan 140 oC.

c) Variable Process :

Set Point : Temperatur

Process Variable : Steam masuk

Manipulated Variable : Laju alir steam

Disturbance : Temperatur dalam steam

d) Gambar Unit

e) Gambar Alat

BAB III

PENUTUP

KESIMPULAN

Contoh Alat-alat Pengendalian Proses

1. HP Stripper (High Pressure Stripper)

2. Flash Tank

3. Evaporator

4. Rectyfing Coloumn