BAB III PERANCANGAN PROSES 3.1 Langkah Proses

23

BAB III

PERANCANGAN PROSES

3.1 Langkah Proses

Proses pembuatan amonium nitrat dengan proses UHDE dapat dibagi menjadi 4

tahap yaitu :

1. Tahap persiapan bahan baku

2. Tahap pembentukan produk

3. Tahap pemurnian produk

4. Tahap pembutiran produk

3.1.1 Tahap Persiapan Bahan Baku

a. Pengumpanan Asam Nitrat

Asam nitrat yang berwujud cair dengan kemurnian 60% berat disimpan

dalam tangki penyimpanan (T-01) pada kondisi suhu 300C dan tekanan 1 atm.

Dari tangki penyimpanan asam nitrat, asam nitrat cair dialirkan dan dinaikan

tekanannya menjadi 4,4 atm dengan pompa sentrifugal (P-01) menuju ke heat

exchanger (H-01) untuk dinaikan suhunya dari 30 0C menjadi 175 0C, asam

nitrat cair yang keluar dari heat exchanger (H-01) pada kondisi suhu 175 0C

dan tekanan 4,4 atm siap diumpankan ke dalam dalam reaktor (R-01) yang

24

beroperasi pada kondisi suhu 175 0C dan tekanan 4,4 atm untuk direaksikan

dengan gas amonia.

b. Pengumpanan Amonia

Amonia yang berwujud cair jenuh dengan kemurnian 99,5% berat

disimpan dalam tangki penyimpanan amonia (T-02) pada kondisi suhu 30 0C

dan tekanan 11,5 atm. Dari tangki penyimpanan amonia, amonia yang berwujud

cair jenuh tersebut dialirkan dengan pompa sentrifugal (P-02) menuju

expansion valve (V-01) untuk diturunkan tekanannya dari 11,5 atm menjadi 4,4

atm. Dengan penurunan tekanan tersebut, amonia berubah fase dari cair jenuh

menjadi gas karena amonia cair jenuh dari tangki penyimpanan yang masuk ke

valve berada dalam kondisi bubble point. Kemudian amonia dialirkan ke heat

exchanger (H-02) untuk dinaikan suhunya dari 30 0C menjadi 175 0C.

Kemudian gas amonia yang keluar dari heat exchanger (H-02) pada

kondisi suhu 175 0C dan tekanan 4,4 atm siap diumpankan ke dalam Reaktor

(R-01) yang beroperasi pada kondisi suhu 175 0C dan tekanan 4,4 atm untuk

direaksikan dengan asam nitrat.

25

3.1.2 Tahap Pembentukan Produk

Tahap pembentukan produk ini bertujuan untuk mereaksikan amonia

dan asam nitrat membentuk produk amonium nitrat.

Gas amonia pada kondisi suhu 175 0C dan tekanan 4,4 atm

didistribusikan dari bagian bawah reaktor melalui perforated plate sehingga

terbentuk gelembung - gelembung gas amonia. Sedangkan asam nitrat di

alirkan dari pompa sentrifugal (P-03) pada kondisi suhu 175 0C dan tekanan 4,4

atm dimasukkan kedalam reaktor melalui bagian atas reaktor.

Reaktan tersebut direaksikan pada reaktor (R-01) tipe bubbling reactor

yang dilengkapi jaket pendingin dimana sebagai media pendinginnya adalah air

yang masuk pada kondisi suhu 30 0C dan tekanan 1 atm dan keluar dari jaket

pendingin pada kondisi suhu 45 0C dan tekanan 1 atm.

Reaktor beroperasi pada kondisi suhu 175 0C dan tekanan 4,4 atm

dengan perbandingan mol asam nitrat dan amonia adalah 1 : 1,01.

Reaksi yang terjadi didalam reaktor adalah sebagai berikut:

HNO3 (aq) + NH4 (aq) NH4NO3 (aq) H = -22.200,5 kkal/mol

Reaksi tersebut berlangsung secara eksotermis. Hal ini dapat dilihat dari

harga H yang bernilai negatif. Pendingin air dimaksudkan untuk

mempertahankan kondisi operasi di reaktor pada suhu 175 0C dan tekanan 4,4

atm, karena sifat reaksi eksotermis yang melepaskan panas.

26

Kecepatan reaksi heterogen antara gas amonia dan asam nitrat

ditentukan oleh kecepatan perpindahan massa, yaitu kecepatan difusi gas

amonia melalui lapisan gas ke “interface”, merupakan batas antara lapisan gas

dan larutan,. Selanjutnya gas amonia berdifusi masuk ke lapisan cair dan

bertemu dengan asam nitrat dalam lapisan cair, dan terjadi reaksi membentuk

amonium nitrat di dalam lapisan tersebut. Oleh sebab itu reaksinya terjadi pada

bidang reaksi yang terletak di dalam lapisan cair yang berarti tidak ada gas

amonia yang berdifusi masuk ke dalam larutan sehingga reaksi kimia yang

berlangsung di dalam reaktor sangat cepat.

Produk keluaran dari bawah reaktor berupa lelehan amonium nitrat

dengan kondisi suhu 175 0C, tekanan 4,4 atm dan konsentrasi 78%. Dalam hal

ini asam nitrat habis bereaksi sedangkan sisa amonia yang tidak bereaksi

dikeluarkan pada bagian atas reaktor menuju ke atmosfer. Kemudian lelehan

ammonium nitrat hasil keluaran reaktor di alirkan menuju expansion valve (V-

02) untuk di turunkan tekanannya dari 4,4 atm menjadi 1 atm dan di alirkan

menuju evavorator (EV-01).

27

3.1.3 Tahap Pemurnian Produk

Tahap ini bertujuan untuk memekatkan produk amonium nitrat yang

keluar dari reaktor dengan menggunakan evaporator (EV-01).

Produk keluar dari reaktor pada kondisi suhu 175 0C dan tekanan 1 atm

terpisah menjadi dua produk, yaitu sisa reaktan yang berupa uap amonia dan air

akan naik keatas sedangkan produk lelehan amonium nitrat keluar melaui

bagian bawah reaktor. Uap dari reaktor (R-01) yang terdiri dari campuran

amonia dan air pada kondisi suhu 175 0C dan tekanan 4,4 atm dilepas ke

atmosfer karena dianggap masih dalam batas aman.

Sedangkan produk lelehan amonium nitrat yang keluar dari bagian

bawah reaktor dialirkan dengan pompa sentrifugal (P-04) untuk dipekatkan

dalam evaporator (EV-01) tipe long tube vertical hingga konsentrasi 90%.

Jumlah steam yang digunakan untuk memanaskan evaporator sebesar 175,9591

kg/jam. Lelehan amonium nitrat yang sudah dipekatkan tersebut dialirkan

dengan pompa sentrifugal (P-04) menuju cooler (CL-01).

Selanjutnya lelehan amonium nitrat dengan konsentrasi 95% pada

kondisi suhu 197 0C dan tekanan 1 atm dipompa menuju mixing tank (M-01)

untuk dicampur dengan amonium nitrat yang sudah berbentuk prill hasil

recycle dari off spec screening (S-01) pada kondisi suhu 40 0C dan tekanan 1

atm. Agar pencampurannya sempurna, mixing tank dilengkapi dengan

pengaduk jenis turbine. Keluar mixing tank, amonium nitrat yang berbentuk

28

lelehan pada kondisi suhu 170 0C dan tekanan 1 atm dialirkan menuju Prilling

tower (PT-01) untuk dibentuk produk amonium nitrat berupa prill.

3.1.4 Tahap Pembutiran Produk

Tahap pembutiran produk ini bertujuan untuk membentuk butiran prill

amonium nitrat dengan bantuan udara yang dihembuskan dari bawah prilling

tower (P-01).

Lelehan amonium nitrat yang keluar dari mixing tank (M-01)

diumpankan ke bagian atas prilling tower (PT-01) dengan bantuan centrifugal

pump (P-06) untuk dibentuk prill amonium nitrat. Didalam prilling tower ini,

umpan lelehan amonium nitrat didistribusikan secara merata oleh sparger

hingga terbentuk tetes-tetes yang kemudian jatuh ke bawah. Dan tetes – tetes

ini akan terbentuk prill dengan bantuan udara yang dihembuskan dari bagian

bawah prilling tower dengan menggunakan blower (BL-01).

Prill Amonium nitrat yang terbentuk pada kondisi suhu 45 0C dan

tekanan 1 atm diangkut dengan belt conveyor (BC-01) menuju ke screening

(SR-01) untuk mengayak produk prill amonium nitrat antara yang memenuhi

spesifikasi produk dan yang tidak memenuhi spesifikasi produk.

Di screening, umpan amonium nitrat prill disaring hingga diperoleh

ukuran produk amonium nitrat yang diinginkan yaitu + 0.8 mm, sedangkan

produk yang tidak memenuhi spesifikasi produk pada kondisi suhu 45 0C

direcycle kembali menggunakan belt conveyor (BC-02) menuju ke mixing tank

29

(M-01) untuk dicampur dengan lelehan amonium nitrat yang keluar dari

evaporator (EV-01) yang selanjutnya diumpankan ke prilling tower untuk

dibentuk prill amonium nitrat kembali.

Sedangkan prill amonium nitrat yang memenuhi spesifikasi produk

pada suhu 45 0C, dilapisi dengan Ca3(PO4)2 (kalsium tri phosphat) yang

diumpankan dari coating hopper (CH-01) didalam coating drum (CD-01). Pada

proses pelapisan amonium nitrat dengan kalsium tri phosphat bertujuan untuk

menjaga agar produk tetap kering dan tidak kontak langsung dengan udara,

karena sifat amonium nitrat yang higroskopis.

Produk amonium nitrat yang keluar dari coating drum mempunyai

kemurnian 99,5% berat. Kemudian produk amonium nitrat ditransfer menuju

product silo (SL-01). Product silo disini dimaksudkan untuk menampung

sementara produk amonium nitrat sebelum dibagging. Product silo berada

diatas warehouse untuk memudahkan proses bagging. Suhu operasi didalam

product silo berkisar 34 –50 0C dan tekanan 1 atm.

Produk amonium nitrat dari product silo kemudian dibagging dalam

zak untuk menjaga agar produk amonium nitrat tidak kontak langsung dengan

udara. Selanjutnya produk amonium nitrat disimpan di dalam warehouse dan

siap untuk dipasarkan.

30

3.2 Spesifikasi Alat

3.2.1 Tangki penyimpanan asam nitrat

Kode : T-01

Fungsi : Menyimpan asam nitrat selama 2 minggu

Tipe : Silinder tegak dengan conical roof dan flat

bottom

Jumlah tangki : 1 Buah

Kapasitas tiap tangki : 61.180 bbl

Diameter tangki : 90 ft

Tinggi tangki : 54 ft

Bahan konstruksi : Stainless steel SA-316 grade C

Harga : US $ 269.769,34

3.2.2 Tangki penyimpanan amoniak

Kode : T-02

Fungsi : Menyimpan amoniak selama 2 minggu

Tipe : Silinder horisontal berentuk hemispherical

head


Kapasitas tiap tangki : 8.060 bbl

Diameter tangki : 40 ft

Tinggi tangki : 36 ft

31


Harga : US $ 124.987,4

3.2.3 Pompa

Kode : P-01

Fungsi : Mengalirkan asam nitrat dari tangki

penyimpanan (T-01) menuju Heater (H-01)

Tipe : pompa sentrifugal


Kapasitas pompa : 26047,6 kg/jam

Tenaga Pompa : 5 HP

Daya motor : 6 HP

Ukuran pipa :

• Nominal size : 3,5

• Schedule : 40

• Bahan : Stainless steel

Harga : US $ 604,11

3.2.4 Pompa

Kode : P-02

Fungsi : Mengalirkan amonia dari tangki penyimpanan

menuju R-01


32



Tenaga Pompa : 1 HP

Daya motor : 1 HP

Ukuran pipa :


• Schedule : 40


Harga : US $ 600,34

3.2.5 Pompa

Kode : P-03

Fungsi : Mengalirkan amonium nitrat dari R-01 ke EV-

01




Tenaga Pompa : 2 HP

Daya motor : 2,5 HP

Ukuran pipa :


• Schedule : 40

33

• Bahan : Sainless steel

Harga : US $ 598,9

3.2.6 Pompa

Kode : P-04

Fungsi : Mengalirkan amonium nitrat dari EV-01 ke

MT-01

Tipe : Pompa sentrifugal



Tenaga Pompa : 1,5 HP

Daya motor : 2 HP

Ukuran pipa :


• Schedule : 40


Harga : US $ 505,2

3.2.7 Pompa

Kode : P-05

Fungsi : Mengalirkan amonium nitrat dari MT-01 ke

PT-01


34



Tenaga Pompa : 3,5 HP

Daya motor : 5 HP

Ukuran pipa :

• Nominal size : 3

• Schedule : 40


Harga : US $ 567,35

3.2.8 Heater

Kode : HE-01

Fungsi : Menaikkan suhu asam nitrat sebelum masuk

ke reaktor

Tipe : Shell and tube

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C

Spesifikasi

• Shell

ID : 13 1/4 in

Baffle space : 10 3/5

Jumlah pass : 1

Pressure drop : 9,16 x 10-3 psi

35

• Tube

Panjang : 16 ft

OD, BWG : ¾ in , 16

Pitch : 1 in triangular pitch

Jumlah pass : 2

Jumlah tube : 106

Pressure drop : 0,1037 psi

Harga : US $ 6.874,31

3.2.9 Heater

Kode : HE-02

Fungsi : Menaikkan suhu amonia sebelum masuk ke

reaktor



Spesifikasi

• Shell

ID : 10 in

Baffle space : 8

Jumlah pass : 1

Pressure Drop : 9,7x 10-3 psi

• Tube

36

Panjang : 16 ft

OD, BWG : ¾ in , 16

Pitch : 15/16 in triangular pitch

Jumlah Pass : 2

Jumlah Tube : 56

Pressure Drop : 0,4389 psi

Harga : US $ 2.499,7

3.2.10 Reaktor

Kode : R-01

Fungsi : Mereaksikan NH3 dengan HNO menjadi

NH4NO3

Kondisi : T = 175 C, P = 4,4 atm

Tipe : Bubling reactor


Tebal shell : ¾ inc

Tebal head : 1 1/8 inc

Tinggi head : 0,59 meter

Diameter reaktor : 3 meter

Tinggi reaktor total : 9,04 meter

Tebal jaket : 0,74 meter

Harga : US $ 76.129,7

37

3.2.11 Evaporator

Kode : EV-01

Fungsi : Memekatkan konsentrasi NH4NO3 hingga 95%

dengan menguapkan H2O

Tipe : Single effect short tube


Jumlah tube : 970

Luas penampang : 140,7453 m2

Diameter : 35,92 inc

Tinggi shell : 5,138 m

Tebal sheel : 0,25 inc

Tebal head : 0,18 inc

Tinggi total : 130,51 inc

Harga : US $ 22.664,9

3.2.12 Mixing tank

Kode : M-01

Fungsi :Mencampur NH4NO3 dari evaporator dan

produk oversize screening

Tipe pengaduk : 6 flate blade turbine impeller



38

Kapasitas mixer : 674,57 cuft

Tebal shell : 1/3 inc

Tebal head : 3/8 inc

Tinggi mixer pipa pengisian : 14,98 ft

Power pengadukan : 29,78 Hp

Harga : US $ 20.831,24

3.2.13 Cooler

Kode : CL-01

Fungsi : Menurunkan suhu amonnium nitrat sebelum

masuk ke MT-01



Spesifikasi

• Shell

ID : 15 1/4 in

Baffle space : 12 1/5

Jumlah pass : 1

Pressure drop : 7,27x 10-3 psi

• Tube

Panjang : 16 ft

OD, BWG : ¾ in , 16

39

Pitch : 1 in triangular pitch

Jumlah pass : 2

Jumlah tube : 138

Pressure drop : 0,7690 psi

Harga : US $ 6.874,31

3.2.14 Prilling tower

Kode : PT-01

Fungsi : Memadatkan cairan NH4NO3 yang keluar dari

evaporator menjadi padatan


Diameter prilling tower : 2,35 meter

Tinggi prilling tower :19 meter

Kecepatan butiran jatuh : 11,103 m/s

Tinggi volume : 14,11 m

Harga : US $ 105.894,2

3.2.15 Blower

Kode : BL-01

Fungsi : Menekan udara kering dari unit utilitas

sebanyak

Tenaga : 5 Hp

Harga : US $ 33.329,9

40

3.2.16 Belt conveyor

Kode : BC-01

Fungsi : Mengangkut ammonium nitrat dari PT-01

ke SR-01

Panjang belt : 35,08 ft

Lebar belt : 14 inc

Sudut elevasi : 200

Kecepatan belt : 30,5 m3/menit

Power motor : 1 Hp

Harga : US $ 26.976,4


Kode : BC-02

Fungsi : Mengangkut ammonium nitrat recycle

ke MT-01

Panjang belt : 50,93 ft

Lebar belt : 14 inc

Sudut elevasi : 200


Power motor : 1,5 Hp

Harga : US $ 26.976,4

41


Kode : BC-03

Fungsi : Mengangkut ammonium nitrat dari bucket

conveyor ke silo

Panjang belt : 51.07 ft

Lebar belt : 14 inc

Sudut elevasi : 200


Power motor : 1.5Hp

Harga : US $ 26.976,4

3.2.19 Bucket elevator

Kode : BE-01

Fungsi : Mengangkut ammonium nitrat dari coating

drum ke Silo

Ukuran bucket : (8 x 5 x 5,5 x 14) inc

Lebar belt : 5 inc

Dalam belt : 5,5 inc

Jarak antar bucket : 14 inc

Kecepatan bucket : 225 ft/min

Power motor : 1,6 Hp

Harga : US $ 44580,4

42

3.2.20 Screw conveyor

Kode : SC-01

Fungsi : Mengangkut ammonium nitrat dari hopper

ke coating drum

Panjang : 4,572 m

Ukuran : Diameter : Flight = 9 in

Pipa = 2,5 in

Power motor : 3 Hp

Harga : US $ 2.747,06

3.2.21 Silo

Kode : SL-01

Fungsi : Menampung sementara produk

ammonium nitrat

Material : Stainless steel 316

Kapasitas, kg : 1.090.909,091 kg

Suhu desain : 50 0C

Suhu operasi : 30 0C

Tekanan desain : 1,1 atm

Tekanan operasi : 1 atm

Diameter : 7,55 meter

Tinggi : 11.08 meter

43

Tebal : 0,25 inc

Harga : US $ 50.991,1

3.3 Perencanaan Produk

3.3.1 Bahan Baku yang Diperlukan

Pada prarancangan pabrik amonium nitrat gas amoniak diperoleh dari PT Pupuk

Kujang dengan kapasitas 330.000 ton per tahun sedang asam nitrat dari PT Multi

Nitrotama Kimia Cikampek dengan kapasitas 185.000 ton per tahun.

3.3.2 Kapasitas Menguntungkan atau Komersial

Secara komersial kapasitas rancangan pabrik amonium nitrat yang memberikan

keuntungan adalah 8.000 – 400.000 ton per tahun (Faith, dkk, 1966), sehingga

dengan kapasitas 150.000 ton per tahun dapat memberikan keuntungan.

Ditinjau dari harga bahan baku untuk pembentukan amonium nitrat dan juga

harga dari produk amonium nitrat , ternyata harga dari produk ini lebih mahal

daripada harga bahan baku.

Harga-harga bahan baku dan produk dapat dilihat sebagai berikut:

Amonia = US$ 0,17 /Kg

Asam Nitrat = US$ 0,18 /Kg

Amonium nitrat = US$ 0,52 /Kg

44

Untuk memproduksi 1 ton amonium nitrat , dibutuhkan amonia sebanyak 0,213

ton dan asam nitrat sebanyak 0,787 ton, sehingga secara ekonomis pendirian pabrik

amonium nitrat menguntungkan.

BAB III PERANCANGAN PROSES 3.1 Langkah Proses

Documents

Transcript of BAB III PERANCANGAN PROSES 3.1 Langkah Proses