DPK02 - Tahapan Pendirian Pabrik

Tahap Pendirian Pabrik Kimia

Disain Pabrik Kimia

Profesi Sarjana Teknik Kimia ?

Di Industri sarjana Teknik Kimia sebagai : Proses Engineer Project Engineer Manager/Director/Supervisor

TAHAPAN PENDIRIAN PABRIK KIMIA

Skala Laboratorium Skala PilotSkala Pabrik

TAHAPAN PENDIRIAN PABRIK KIMIA

Industri kimia umumnya berskala besar (pabrik). (Skala industri >>> skala laboratorium). Pabrik kimia bisa dikembangkan dari proses

skala laboratorium dan ini memerlukan sejumlah tahapan pengembangan,

Pabrik kimia bisa merupakan pengembangan dari pabrik yang sudah ada.

Tahapan pengembangan yang diperlukan tentunya berbeda.

Tidak ada batasan yang ketat tentang tahapan-tahapan pengembangan proses skala laboratorium menjadi skala industri.

TAHAPAN PENDIRIAN PABRIK KIMIA Menurut simposium American Institute of Chemical Engineers (A.I.Ch.E.)

1. Penelitian Exploratif (Exploratory Research) / Penelitian Fundamental (Fundamental Research)

2. Penelitian Proses (Process Research)3. Pengembangan Proses (Process Development)4. Teknik Proses (Process Engineering)5. Analisis Ekonomi (Economic Analisys)6. Teknik Proyek (Project Engineering)7. Teknik Konstruksi (Construction Engineering)8. Teknik Operasi (Operational Engineering)9. Teknik Penelitian Pasar (Market Research

Engineering).

Penelitian exploratif

Penelitian exploratif adalah penelitian dalam rangka usaha-usaha pembuatan suatu bahan kimia baru, penggunaan bahan baku baru, proses baru, katalisator atau pelarut yang baru,dan sebagainya. Termasuk juga penelitian mengenai struktur

bahan kimia dan mekanisme reaksi. Penelitian jenis ini banyak dilakukan di

perguruan tinggi dan lembaga penelitian pada skala laboratorium.

Hasil penelitian exploratif ini, kemungkinan untuk layak secara teknik dan ekonomis pada skala industri adalah 1 : 100.

Penelitian fundamental Penelitian fundamental bertujuan untuk mencari

nilai besaran-besaran fisis atau kimia (kapasitas panas, panas reaksi, tetapan kecepatan reaksi, dan lain-lain), persamaanpersamaan fungsional misalnya d’Archy untuk aliran fluida dalam pipa, dan juga pengembangan teori yang berlaku umum (relatif). Penelitian ini berorientasi kuantitatif. Hasil penelitiannya bisa bermanfaat untuk

tahap-tahap pengembangan pabrik selanjutnya dan juga bermanfaat untuk memperkaya teori (aspek ilmiah).

Penelitian ini juga dilakukan oleh ahli teknik kimia maupun profesi-profesi lain.

Penelitian proses

Penelitian proses bertujuan untuk mencari data yang cukup dan secukupnya saja untuk tahap pengembangan proses (perancangan pilot plant) atau perancangan pabriknya.

Penelitian dimulai dengan mencoba merancang pabriknya dan membayangkan perancangan alat-alat yang akan dipakai. Perhitungan untuk perancangan tersebut memerlukan data/informasi. Sedangkan data/informasi sudah tersedia di pustaka atau bisa didekati dengan cara-cara tertentu. Namun sebagai lainnya tidak tersedia di pustaka atau tidak bisa didekati.

Selanjutnya dirancang penelitian proses untuk mencari data/informasi yang kurang tersebut. Jadi jelas penelitian proses bisa dijalankan setelah dibayangkan pabrik dan perancangannya.

Setelah tahap ini, kemungkinan kelayakannya untuk skala industri adalah 1 : 10.

Penelitian proses

Simposium A.I.Ch.E. tersebut menurut Soegiarto (1992), menyebutkan bahwa pengembangan proses meliputi kegiatan :a. Perencanaan kegiatan selanjutnya.b. Perancangan pilot plantc. Operasi pilot plantd. Pengolahan data pilot plant untuk

keperluan tahap-tahap selanjutnya (perancangan pabrik)

Pilot plant

Pilot plant adalah suatu unit pemroses yang lengkap seperti pabriknya namun berskala kecil. Harga pilot plant ini cukup mahal, adakalanya $ 2 juta.

Karena mahalnya biaya pilot plant, tahap ini sering diusahakan untuk dilompati.

Untuk proses-proses yang cukup dikenal, hal itu bisa.

Kemungkinan kelayakan secara teknis dan ekonomis untuk skala industri setelah pilot plant adalah 1 : 2 atau 5.

Teknik proses (Process Engineering) Teknik proses adalah perancangan proses

untuk pabriknya. Perancangan ini meliputi deskripsi proses, kebutuhan bahan dan energi (neraca massa dan energi), kebutuhan dan penyediaan utilitas, jenis dan ukuran alat-alat proses serta spesifikasinya, kondisi operasi, material untuk konstruksi, prinsip pengendalian proses, dan lain-lain.

Kegiatan ini memerlukan bekal kemampuan yang paling menyeluruh dari ahli teknik kimia.

Dapat dikatakan bahwa kegiatan ini menjiwai kegiatan pada tahap-tahap lainnya.

Analisis Ekonomi

Tahap berikutnya adalah analisis ekonomi. Hasilnya adalah kebutuhan modal, biaya produksi dan pengeluaran umum, keuntungan dan nilai parameter kelayakan ekonomi (Return on Investment, Pay Out Time, Break Even Point, Discounted Cash Flow, dan lain-lain) serta analisis sensitivitas dan sebagainya.

Jadi dapat disimpulkan apakah pabrik yang dirancang menarik dari segi ekonomi.

Analisis ekonomi pada tahap ini sudah cukup teliti karena perancangan proses pabriknya sudah selesai.

Namun perlu dicatat bahwa analisis ekonomi secara kasar harus selalu dilakukan pada tahap-tahap sebelumnya, sehingga kalau pabrik tidak menarik dari segi ekonomi, tahap pengembangan dihentikan seawal mungkin, agar tidak perlu dijalankan tahap-tahap lebih lanjut yang membutuhkan biaya besar.

Kemampuan melakukan analisis ekonomi pabrik baik secara kasar sampai cukup teliti perlu dikuasai oleh ahli teknik kimia.

Teknik Proyek (Project

Engineering) Tahap selanjutnya, yaitu teknik proyek,

dimaksudkan untuk menjembatani informasi proses menjadi informasi konstruksi.

Dapat dikatakan bahwa sebelum teknik proyek, segala sesuatunya masih dipikirkan sebagai proses, namun sesudah teknik proyek, dipikirkan sebagai pabrik.

Pada tahap teknik proyek, tenaga ahli proses bekerja sama dengan tenaga ahli konstruksi untuk merundingkan konstruksi yang feasible.

Teknik Konstruksi (Construction

Engineering) Pada tahap teknik konstruksi, dirancang

konstruksi alat secara detail (termasuk mechanical design), juga termasuk platform, fondasi, dan lain-lain, serta proses pendirinnya.

Setelah itu dilakukan konstruksi pabriknya. Pada tahap ini, tenaga ahli teknik kimia memantau kegiatannya, untuk melihat apakah proses konstruksi sudah sesuai dengan perancangan prosesnya.

Teknik Operasi(Operation

Engineering) Setelah pabrik didirikan, dilakukan teknik operasi,

yaitu menjalankan pabrik. Pada tahap ini, optimalisasi dan penyempurnaan

selalu dilakukan, karena umumnya pabrik tidak bisa terancang tepat pada kondisi optimumnya.

Peningkatan kapasitas dimungkinkan pula pada tahap ini. Sering dijumpai bahwa pabrik bisa ditingkatkan kapasitasnya menjadi lebih tinggi dari kapasitas terancangnya.

Keahlian teknik kimia juga sangat diperlukan pada tahap operasi. Selama pabrik beroperasi, umumnya dijumpai pula hambatanhambatan teknis yang perlu diatasi juga oleh ahli teknik kimia.

Teknik penelitian pasar(Market Research Engineering)

Teknik penelitian pasar bertujuan mengetahui kebutuhan masyarakat dan sekaligus peluang pasar untuk produk baru atau penyempurnaan produk pabrik yang sudah berjalan.

Dari kegiatan ini bisa muncul ide untuk memodifikasi pabrik yang sudah atau ide untuk mengembangkan pabrik baru.

Tahapan-tahapan yang lengkap

Tahapan Pendirian Pabrik Tahapan-tahapan yang lengkap seperti di muka, umumnya

dilaksanakan untuk pabrik dengan proses baru yang dikembangkan di laboratorium. Untuk proses yang sudah agak dikenal, sebagian tahapan bisa dilompati, sehingga lebih hemat dari segi waktu dan biaya.

Untuk bisa memanfaatkan secara optimal bahan mentah Indonesia untuk kesejahteraan rakyat, kemampuan untuk mengembangkan sendiri pabrik-pabrik kimia untuk menghasilkan produk-produk berkualitas tinggi sangat diperlukan. Kemampuan bangsa Indonesia dalam hal itu masih belum memadai.

Kegiatan-kegiatan yang sudah banyak dilakukan sendiri oleh Indonesia saat ini adalah tahap 1 (penelitian exploratif/fundamental) yang banyak dilakukan oleh perguruan tinggi dan lembaga penelitian.

Selain itu, kalangan industri dan perusahaan rekayasa sudah melakukan tahapan-tahapan 5, 6, 7, 8, 9 (analisis ekonomi, teknik proyek, teknik konstruksi, teknik operasi, dan teknik penelitian pasar) dengan tahapan sebelumnya umumnya oleh pihak asing.

Jadi yang masih perlu dikembangkan oleh bangsa Indonesia adalah kemampuan melakukan tahapan 2, 3, 4 (penelitian proses, pengembangan proses, dan teknik proses. Tahapan 4 (teknik proses) dapat dikatakan sudah mulai dicoba oleh kalangan industri bekerja sama dengan perguruan tinggi.

IMPORTANCE OF EARLY STAGE-DESICISONS

PROCESS DESIGN STAGES AND TOOLS

Bersambung…

Sekian

Ref: Seider, Seader and Lewin (2004), Chapter 1

THE DESIGN PROCESS

The Design Process

22

The Design Process

23

Schedule - The Design Process

Primitive Design Problems Example

Steps in Designing and Retrofitting Chemical Processes Assess Primitive Problem Process Creation Development of Base Case Detailed Process Synthesis - Algorithmic Methods Process Controllability Assessment Detailed Design, Sizing, Cost Estimation, Optimization Construction, Start-up and Operation

Environmental Protection Safety Considerations

The Design Process

24

Primitive Design Problems

The design or retrofit of chemical processes begins with the desire to produce profitably chemicals that satisfy societal needs that arise in the broad spectrum of industries that employ chemical engineers:

– petrochemicals,

– petroleum products

– industrial gases

– foods

– pharmaceuticals

– polymers

– coatings

– electronic materials

– bio-chemicals

Partly due to the growing awareness of the public, many design projects involve the redesign, or retrofitting, of existing chemical processes to solve environmental problems and to adhere to stricter standards of safety

The Design Process

25

Origins of Design Problems

Often, design problems result from the explorations of chemists, biochemists, and engineers in research labs to satisfy the desires of customers to obtain chemicals with improved properties for many applications

However, several well-known products, like Teflon (poly-tetrafluoroethylene), were discovered by accident.

In other cases, an inexpensive source of a raw material(s) becomes available

Other design problems originate when new markets are discovered, especially in developing countries

Yet another source of design projects is the engineer himself, who often has a strong inclination that a new chemical or route to produce an existing chemical can be very profitable.

The Design Process

26

A typical primitive problem statement is as follows:

“An opportunity has arisen to satisfy a new demand for VC monomer (VCM), on the order of 800 million pounds per year, in a petrochemical complex on the Gulf Coast, given that an existing plant owned by the company produces one-billion pounds per year of this commodity chemical. Since VCM is an extremely toxic substance, it is recommended that all new facilities be designed carefully

to satisfy governmental health and safety regulations.”

Consider, the need to manufacture vinyl chloride (VC),

C CH Cl

H H

The Design Process

27

Assess Primitive Problem

Steps in Process Design and Retrofit

Detailed Process Synthesis -Algorithmic

Methods

Development of Base-case

Plant-wide Controllability Assessment

Detailed Design, Equipment sizing, Cap.

Cost Estimation, Profitability Analysis,

Optimization

The Design Process

28





Methods




Optimization

SECTION A

The Design Process

29


The Design Process

30


Process design begins with a primitive design problem that expresses the current situation and provides an opportunity to satisfy a societal need.

Normally, the primitive problem is examined by a small design team, who begins to assess its possibilities, to refine the problem statement, and to generate more specific problems: Raw materials - available in-house, can be purchased or

need to be manufactured? Scale of the process (based upon a preliminary

assessment of the current production, projected market demand, and current and projected selling prices)

Location for the plant Refined through meetings with engineering technical

management, business and marketing. Brainstorming to generate alternatives

The Design Process

31

Example: VC Manufacture

To satisfy the need for an additional 800 MMlb/yr of VCM, the following plausible alternatives might be generated: Alternative 1. A competitor’s plant, which produces 2 MMM

lb/yr of VCM and is located about 100 miles away, might be expanded to produce the required amount, which would be shipped. In this case, the design team projects the purchase price and designs storage facilities.

Alternative 2. Purchase and ship, by pipeline from a nearby plant, chlorine from the electrolysis of NaCl solution. React the chlorine with ethylene to produce the monomer and HCl as a byproduct.

Alternative 3. Since the existing company produces HCl as a byproduct in large quantities are produced, HCl is normally available at low prices. Reactions of HCl with acetylene, or ethylene and oxygen, could produce 1,2-dichloroethane, an

intermediate that can be cracked to produce vinyl chloride.

The Design Process

32

Survey Literature Sources

Stanford Research Institute (SRI) Design Reports Encyclopedias

Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (1991) Ullman’s Encyclopedia of Industrial Chemistry (1988) Encyclopedia of Chemical Processing and Design (McKetta

and Cunningham, 1976) ...

Handbooks and Reference Books Perry’s Chemical Engineers Handbook (1997) CRC Handbook of Chemistry and Physics (1997) ...

Indexes See Ferdowsi Library

Patents (see web for example www.uspto.gov/patft) Internet

The Design Process

33







Optimization


Methods

SECTION B

The Design Process

34


The Design Process

35





Methods



Optimization

SECTION C


The Design Process

36


The Design Process

37

Environmental Issues in Design

Handling of toxic wastes 97% of hazardous waste generation by the chemicals and

nuclear industry is wastewater (1988 data). In process design, it is essential that facilities be included

to remove pollutants from waste-water streams. Reaction pathways to reduce by-product toxicity

As the reaction operations are determined, the toxicity of all of the chemicals, especially those recovered as byproducts, needs to be evaluated.

Pathways involving large quantities of toxic chemicals should be replaced by alternatives, except under unusual circumstances.

Reducing and reusing wastes Environmental concerns place even greater emphasis on

recycling, not only for unreacted chemicals, but for product and by-product chemicals, as well. (i.e., production of segregated wastes - e.g., production of composite materials and polymers).

The Design Process

38

Environmental Issues in Design (Cont’d)

Avoiding non-routine events Reduce the likelihood of accidents and spills through the

reduction of transient phenomena, relying on operation at the nominal steady-state, with reliable controllers and fault-detection systems.

Design objectives, constraints and optimization Environmental goals often not well defined because

economic objective functions involve profitability measures, whereas the value of reduced pollution is often not easily quntified economically.

Solutions: mixed objective function (“price of reduced pollution”), or express environmental goal as “soft” or “hard” constraints.

Environmental regulations = constraints

The Design Process

39

Safety Considerations

Example Disaster 1 – Flixborough: 1st June 1974 http://www.hse.gov.uk/hid/land/comah/level3/5a591f6.htm

50 tons of cyclohexane were released from Nypro’s KA plant (oxidation of cyclohexane) leading to release of vapor cloud and its detonation. Total loss of plant and death of 28 plant personnel.

Highly reactive system - conversions low, with large inventory in plant. Process involved six, 20 ton stirred-tank reactors.

– Discharge caused by failure of temporary pipe installed to replace cracked reactor.

– The so-called “dog-leg” was not able to contain the operating conditions of the process (10 bar, 150 oC)

The Design Process

40

Safety Considerations Flixborough - What can we learn?

Develop processes with low inventory, especially of flashing fluids (“what you don’t have, can’t leak”)

Before modifying process, carry out a systematic search for possible cause of problem.

Carry out HAZOP analysis Construct modifications to same standard as original plant. Use blast-resistant control rooms and buildings

T. Kletz, “Learning from Accidents”, 2nd Ed. (1994)

The Design Process

41

Safety Considerations (Cont’d)

Example Disaster 2 – Bhopal: 3rd December 1984 http://www.bhopal.com/chrono.htm

Water leakage into MIC (Methyl isocyanate) storage tank leading to boiling and release of 25 tons of toxic MIC vapor, killing more than 3,800 civilians, and injuring tens of thousands more.

MIC vapor released because the refrigeration system intended to cool the storage tank holding 100 tons of MIC had been shut down, the scrubber was not immediately available, and the flare was not in operation.

Bhopal - What can we learn?– Avoid use of hazardous materials. Minimize stocks of hazardous

materials (“what you don’t have, can’t leak”).– Carry out HAZOP analysis. – Train operators not to ignore unusual readings.– Keep protective equipment in working order.– Control building near major hazards.

The Design Process

42

Safety Issues: Fires and Explosions

Compound LFL (%) UFL (%)

Acetylene 2.5 100

Cyclohexane 1.3 8

Ethylene 2.7 36

Gasoline 1.4 7.6

Hydrogen 4.0 75

Flammability Limits of Liquids and Gases LFL and UFL (vol %) in Air at 25 oC and 1 Atm

These limits can be extended for mixtures, and for elevated temperatures and pressures (see Seider et al, 2004).

With this kind of information, the process designer makes sure that flammable mixtures do not exist in the process

during startup, steady-state operation, or shut-down.

The Design Process

43

The Design Process - Summary

Steps in Designing and Retrofitting Chemical Processes


Process Creation Development of Base Case Detailed Process Synthesis - Algorithmic Methods Process Controllability Assessment Detailed Design, Sizing, Cost Estimation, Optimization Construction, Start-up and Operation

Environmental Protection Environmental regulations design constraints

Safety Considerations Should strive to design for “inherently safe plants”

Assess Primitive Problem - covered today

Process Creation - next week

DPK02 - Tahapan Pendirian Pabrik

Documents

Transcript of DPK02 - Tahapan Pendirian Pabrik