Laporan Khusus Kerja Praktik PT. Asahimas Chemical

TK 4090 KERJA PRAKTIK

PT. ASAHIMAS CHEMICAL

ANALISIS MODIFIKASI PROSES UNIT RECOVERY VCM

PADA PLANT PVC-2

Oleh:

Muhamad Reda Galih Pangestu

13008061

Pembimbing:

Dr. Mubiar Purwasasmita

Sigit Wijayanto, S.T.

SEMESTER I-2012/2013

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2012

i

LEMBAR PENGESAHAN

Nama : Muhamad Reda Galih Pangestu

NIM : 13008061

Tempat Kerja Praktik : PT. Asahimas Chemical

Tanggal Mulai Kerja Praktik : 1 Juni 2012

Tanggal Akhir Kerja Praktik : 29 Juni 2012

Telah diperiksa dan disetujui oleh,

Dosen Pembimbing Pembimbing Tugas Khusus

Nama : Dr. Mubiar Purwasasmita Nama : Sigit Wijayanto

Tanda Tangan Tanda Tangan

Tanggal : ....................................... Tanggal : .........................

Process Engineering Manager

PT. Asahimas Chemical

Nama : Hasnul Arifin

Tanda Tangan

Tanggal : .......................................

CATATAN/KOMENTAR

ii

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... i

DAFTAR ISI ....................................................................................................... ii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... iv

DAFTAR TABEL ............................................................................................... v

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

1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah........................................................................... 1

1.3 Tujuan ............................................................................................ 2

1.4 Ruang Lingkup ............................................................................... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 3

2.1 Aliran Laminar dan Turbulen .......................................................... 3

2.2 Hilang Tekan dan Friction Factor pada Pipa................................... 3

2.3 Siklon ............................................................................................. 5

2.4 Control Valve ................................................................................. 5

2.5 Heat exchanger ............................................................................... 7

BAB III METODE PELAKSANAAN TUGAS KHUSUS ................................... 8

3.1 Metode Pelaksanaan ....................................................................... 8

3.2 Diagram Alir Proses Pemodelan ..................................................... 8

3.3 Validasi Model Menggunakan Data Aktual ..................................... 9

3.4 Perhitungan Hilang Tekan dari Reaktor hingga Gas Holder ............ 9

3.5 Perhitungan Laju Alir pada Control Valve ...................................... 9

3.6 Analisis Kemampuan Heat Exchanger ............................................ 9

3.7 Penentuan Kondisi dan Spesifikasi Instrumen Modifikasi ............. 10

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 11

4.1 Model dan Pendekatan .................................................................. 11

4.2 Validasi Model Menggunakan Data Aktual ................................... 12

iii

Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)

4.3 Analisis Control Valve .................................................................. 15

4.4 Analisis Kemampuan Heat exchanger .......................................... 16

4.5 Analisis Hidrodinamika Modifikasi Proses ................................... 18

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................. 20

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 20

5.2 Saran ............................................................................................ 20

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 21

LAMPIRAN A .................................................................................................. 22

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Karakteristik Hubungan %-travel dan %Cv-value (Sumber: Azbil

Spesification) .................................................................................. 6

Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Pemodelan Unit Recovery Plant PVC-2 .......... 8

Gambar 4.1 Diagram Alir Proses Simulasi CHEMCAD.................................... 11

Gambar 4.2 Profil Tekanan (a) dan Laju Alir (b) pada Reaktor setiap Waktu

Berdasarkan Perhitungan ............................................................... 13

Gambar 4.3 Perhitungan Bukaan Control Valve dengan Menggunakan Software

CHEMCAD................................................................................... 14

v

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kekasaran Pipa (Sumber: Coulson & Richardson, 2005) ...................... 4

Tabel 2.2 Friction Loss untuk Aliran Turbulen pada Valve dan Sambungan

(Fitting) ............................................................................................... 4

Tabel 4.1 Kondisi Gas VCM sebagai Umpan ..................................................... 11

Tabel 4.2 Hilang Tekan pada Instrumen Proses Recovery ................................... 13

Tabel 4.3 Spesifikasi Siklon pada Plant PVC-2 PT. ASC ................................... 15

Tabel 4.4 Perhitungan Ulang Laju Alir Control Valve ........................................ 15

Tabel 4.5 Perhitungan Bukaan Control Valve dengan Laju Alir dibuat 1500

Nm3/jam ............................................................................................ 16

Tabel 4.6 Perhitungan Ulang Kemampuan HE-6301 .......................................... 17

Tabel 4.7 TEMA Specsheet Pengecekan Kemampuan Heat exchanger .............. 18

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Produksi Poly Vinyl Chloride (PVC) merupakan produksi utama PT.

Asahimas Chemical. Salah satu seksi/bagian yang harus dilewati dalam produksi

PVC ini adalah seksi recovery Vinyl Chloride Monomer (VCM). Dalam seksi

recovery ini, gas VCM dari tangki gas holder yang bertekanan sekitar 200

mmH2O akan dikompresi dengan 2 buah kompresor agar tekanan menjadi 6

kg/cm2G kemudian masuk ke Heat exchanger untuk didinginkan dan diubah ke

fasa cair. VCM cair lalu ditampung di R-VCM Tank untuk selanjutnya digunakan

sebagai campuran VCM fresh yang akan menjadi bahan baku reaksi polimerisasi

VCM menjadi PVC.

Gas VCM yang masuk ke dalam gas holder berasal dari berbagai sumber,

yaitu dari Reaktor Polimerisasi, Tray Column Demonomerisasi, dan juga dari

Tangki Blowdown. Khusus gas VCM yang berasal dari reaktor polimerisasi, gas

VCM keluar dari reaktor pada tekanan sekitar 5 – 8 kg/cm2G. Selama ini proses

berlangsung dengan mengalirkan gas VCM bertekanan tinggi ini ke gas holder

yang bertekanan rendah (200 mmH2O) kemudian mengkompresnya lagi ke

tekanan tinggi (6 kg/cm2G) untuk masuk ke heat exchanger. Terdapat pemikiran

bahwa kenapa tidak dialirkan langsung saja gas VCM keluaran reaktor ke heat

exchanger tanpa melalui gas holder dan kompresor. Jika hal ini memungkinkan,

volume gas VCM di gas holder pasti akan berkurang, gas holder yang ada

masing-masing satu di tiap plant (PVC-1, 2, dan 3) bisa saja menjadi 2 atau

bahkan 1. Dengan berkurangnya pemakaian alat, khususnya gas holder, biaya

maintenance akan berkurang. Selain itu, VCM merupakan gas yang berbahaya

bagi lingkungan, dengan mengurangi penampungan gas ini, persentase gas VCM

yang terbuang ke lingkungan bisa jauh berkurang.

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang muncul untuk melakukan modifikasi pengaliran

langsung gas VCM dari reaktor ke heat exchanger antara lain:

2


1. Berapakah hilang tekan gas VCM dari reaktor menuju gas holder?

2. Apakah tekanan keluaran gas VCM dari control valve masih cukup

besar untuk dialirkan langsung menuju heat exchanger?

3. Dengan beda tekan yang ada, dapatkah gas VCM yang dialirkan dalam

jumlah sama memiliki waktu yang sama pula?

4. Masih mampukah heat exchanger mendinginkan dan mencairkan gas

VCM dengan adanya penambahan laju alir masa gas VCM yang masuk?

1.3 Tujuan

Tugas khusus ini dilakukan dengan tujuan menganalisis kemungkinan gas

VCM dari Reaktor untuk dialirkan langsung ke heat exchanger tanpa melalui gas

holder, kemudian menentukan syarat kondisi gas VCM dan spesifikasi instrumen

yang akan digunakan untuk instalasi modifikasi.

1.4 Ruang Lingkup

Ruang lingkup pengerjaan tugas khusus ini adalah aliran gas VCM yang

berasal dari reaktor polimerisasi PVC plant-2 yang menuju gas holder hingga

heat exchanger. Besaran yang diperhatikan meliputi laju alir gas, hilang tekan

pada instrumen (Siklon, valve, fitting).

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Aliran Laminar dan Turbulen

Fluida yang mengalir dalam pipa dibedakan menurut besar bilangan

Reynoldnya yaitu laminar dan turbulen. Bilangan Reynold ini dipengaruhi oleh

diameter pipa, kecepatan fluida, densitas fluida, dan viskositas fluida. Hubungan

parameter ini terhadap besar Bilangan Reynold ditunjukkan oleh Persamaan 2.1.

Dimana NRe = Bilangan Reynold,

D = diameter dalam pipa, m

ρ = densitas fluida, kg/m3

v = kecepatan fluida, m/s

μ = viskositas fluida, m/s

Untuk pipa standar, jika nilai bilangan Reynold kurang dari 2100, maka

aliran tersebut selalu laminar. Sedangkan jika nilainya lebih dari 4000, aliran

fluida akan selalu turbulen, kecuali pada kasus yang sangat khusus. Nilai diantara

itu disebut juga transisition region. (Geankoplis, 1993).

2.2 Hilang Tekan dan Friction Factor pada Pipa

Hilang tekan pada pipa, selain tergantung pada gesekan (friction),

dipengaruhi juga oleh laju alir, densitas dan viskositas fluida, diameter, kekasaran

dan panjang pipa. Persamaan dasar untuk kondisi aliran isotermal di dalam pipa

(temperatur konstan) ditunjukkan oleh Persamaan Fanning (Persamaan 2.2).

(

)

Dimana ΔPf = hilang tekan, N/m2

f = fanning friction factor,

L = panjang pipa, m

Di = diameter dalam pipa, m

ρ = densitas fluida, kg/m3

4


u = kecepatan fluida, m/s

Fanning friction factor sendiri ditentukan oleh bilangan Reynold dan

kekasaran pipa (pipe roughness). Kekasaran pipa tentunya ditentukan oleh

material penyusunnya. Tabel 2.1 menunjukkan jenis material pipa dan nilai

kekasarannya.

Tabel 2.1 Kekasaran Pipa (Sumber: Coulson & Richardson, 2005)

Material Absolute roughness, mm

Drawn tubing 0.0015

Comercial steel pipe 0.046

Cast iron pipe 0.26

Concrete pipe 0.3 to 3.0

Dengan mengetahui nilai bilangan Reynold dan kekasaran pipa, friction

factor (f) dapat ditentukan dengan membaca grafik. Grafik dapat dilihat pada buku

referensi Coulson & Richardson’s Chemical Engineering Series 4th

edition

halaman 203.

Tidak hanya pada pipa, friction loss aliran juga terjadi pada sambungan-

sambungan (fittings) dan juga valve yang terdapat pada pipa. Tabel 2.2

menunjukkan data jenis sambungan pipa berikut frictional loss-nya.

Tabel 2.2 Friction Loss untuk Aliran Turbulen pada Valve dan Sambungan (Fitting)

5


2.3 Siklon

Siklon adalah alat yang digunakan untuk memisahkan kotoran (fasa padat)

dari produk utama (fasa gas), prinsip kerja siklon adalah dengan memanfaatkan

momenton balance dari kedua komponen.

Hilang tekan pada siklon dapat dihitung dengan persamaan yang ditemukan

oleh Dirgo (1988):

dimana:

ΔP : hilang tekan pada siklon (Pa)

ρg : densitas gas (kg/m3)

vg : kecepatan gas (m/s)

dan Hv dapat dihitung sebagai berikut (Dirgo, 1988; Ramachandran et al.,

1991)

(

){

( )

(

)(

)(

)}

Dimana:

D : diameter siklon (m)

W : lebar inlet (m)

H : tinggi inlet (m)

S : panjang vortex finder (m)

Lb : panjang badan siklon (m)

Lc : panjang kerucut (m)

De : diameter gas keluar (m)

Dd : diameter partikel keluar (m)

2.4 Control Valve

Perhitungan laju alir fluida yang melalui control valve dapat dihitung

dengan berbagai persamaan. Jika selisih tekanan upstream dan tekanan

downstream kurang dari atau sama dengan setengah dari tekanan upstream, rumus

yang digunakan adalah persamaan 2.5. Akan tetapi, apabila selisih tekanan

6


upstream dan downstream justru lebih besar daripada setengah dari tekanan

upstream, maka persamaan 2.6 yang harus digunakan.

√

√

Dimana Cv = Valve flow coefficient

V = laju alir fluida, Nm3/jam

G = spesific gravity

t = temperatur, 0C

P1 = tekanan upstream, kg/cm2abs

P2 = tekanan downstream, kg/cm2abs

Nilai Cv yang digunakan pada persamaan juga perlu mempertimbangkan %-

value yang dipengaruhi oleh %-travel. Terdapat 2 karakteristik, yaitu linear dan

logaritmik. Hubungan %-travel dengan %-value Cv ditunjukkan oleh Gambar 2.1.

(a) (b)

Gambar 2.1 Karakteristik Hubungan %-travel dan %Cv-value (a) logaritmik; (b) linear

(Sumber: Azbil Spesification)

7


2.5 Heat exchanger

Heat exchanger (alat penukar panas) berfungsi untuk

menaikkan/menurunkan temperatur komponen bahkan mengubah fasanya dengan

memanfaatkan perbedaan energi kalor yang terkandung pada kedua komponen.

Kemampuan heat exchanger dalam menjalankan fungsinya setidaknya

ditentukan oleh laju alir masa komponen yang masuk, temperatur masukan

komponen, panas laten komponen, dan fouling resistance baik pada shell maupun

tube (dalam kasus tipe shell and tube). Sedangkan pengecekan kemampuan alat

ini dapat dilihat pada transfer rate service dan actualnya. Ada 3 kelompok

transfer rate, yaitu transfer rate service, actual, dan clean (Uservice, Uactual, Uclean).

Actual transfer rate sering juga disebut dirty transfer rate. Perhitungan Uservice

memasukkan besaran fouling factor sedangkan Uclean tanpa mempertimbangkan

fouling factor. Jika transfer rate service lebih rendah daripada transfer rate actual

maka alat penukar panas tersebut dapat digunakan. Selisih perbedaan transfer rate

disebut juga excess/over design, besar over design ini direkomendasikan antara 10

– 20% (Jim Lang, 2000).

8

BAB III

METODE PELAKSANAAN TUGAS KHUSUS

3.1 Metode Pelaksanaan

Tugas khusus ini dilaksanakan dengan membuat pemodelan masalah di

lapangan pada software. Data dari lapangan dikumpulkan dan dihitung ulang

kesesuaiannya (rating) baik secara manual maupun dengan menggunakan

software, kemudian usulan pengubahan ditambahkan dan disimulasikan kembali.

Software yang digunakan adalah CHEMCAD 5.5 milik PT. Asahimas Chemical.

3.2 Diagram Alir Proses Pemodelan

Diagram alir proses kondisi awal (garis biru) pada Plant PVC-2 unit

recovery dan usulan kondisi jika dimodifikasi (garis hijau) diperlihatkan pada

Gambar 3.1.

GAS HOLDER

Dari RE K ~ N

Dari Demonomer Column Stage Tower (TW)

Dari Blowdown Tank A and B

CO-1 CO-2

HE-1HE-2

HE-3

R-VCM TANK

WRR

ke RE K ~ N

WRS

WCS masuk

WCS keluar

DECANTER

Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Pemodelan Unit Recovery Plant PVC-2

9


3.3 Validasi Model Menggunakan Data Aktual

Data dari lapangan dan control room dikumpulkan untuk dicek kembali

dengan perhitungan baik secara manual maupun menggunakan software. Data

yang diambil terutama laju alir gas VCM, tekanan keluar dari reaktor tiap waktu,

termasuk dimensi pipa dan spesifikasi peralatan yang tersambung pada pipa

(control valve, siklon, dll.).

3.4 Perhitungan Hilang Tekan dari Reaktor hingga Gas Holder

Perjalanan gas VCM dari reaktor hingga gas holder melewati berbagai

peralatan, meliputi pipa, elbow, valve, siklon, control valve, dll. Setiap peralatan

tersebut menaruh pengaruh pada hilang tekan yang dialami gas VCM. Dengan

menghitung besar hilang tekan total yang dialami gas VCM dan adanya data

tekanan awal, maka dapat diketahui tekanan final gas sesaat sebelum masuk di gas

holder. Tekanan final ini yang selanjutnya menentukan aliran masuk ke Heat

exchanger.

3.5 Perhitungan Laju Alir pada Control Valve

Control valve berfungsi untuk mengatur laju alir gas yang mengalir dari

reaktor ke gas holder. Instalasi pipa untuk mengalirkan gas VCM akan dipasang

setelah melewati control valve ini sehingga perlu dihitung laju alir keluar yang

dapat dihasilkan oleh control valve pada beda tekan yang ada setelah diketahui

spesifikasinya.

3.6 Analisis Kemampuan Heat Exchanger

Heat exchanger yang digunakan harus mampu mengubah VCM yang fasa

awalnya gas menjadi liquid. Alat penukar panas ini juga tentunya memiliki

spesifikasi seperti tekanan dan temperatur zat panas yang harus masuk serta

temperatur dan tekanan keluaran yang diinginkan. Jika tekanan zat terlalu rendah,

actual transfer rate akan lebih kecil dibanding service.

10


3.7 Penentuan Kondisi dan Spesifikasi Instrumen Modifikasi

Tahap ini merupakan tahap terakhir setelah semua analisis di atas terjawab

“iya”. Kondisi yang ditentukan antara lain tekanan minimal gas VCM yang keluar

baik dari reaktor maupun dari control valve, temperatur air pendingin yang masuk

ke heat exchanger hingga foulng resistance pada alat penukar panas. Sedangkan

spesifikasi instrumentasi meliputi diameter dan panjang pipa, beserta sambungan

yang akan digunakan.

11

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Model dan Pendekatan

Bahan baku masukan dan kondisi peralatan yang ada di lapangan meliputi

pipa, siklon, control valve berikut seluruh spesifikasinya di-input dan

disimulasikan pada sofware CHEMCAD. Simulasi dari software CHEMCAD

ditampilkan oleh Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Diagram Alir Proses Simulasi CHEMCAD

Gas VCM keluaran dari reaktor dengan sedikit pengotor berupa PVC serbuk

bertindak sebagai umpan. Kondisi umpan dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Kondisi Gas VCM sebagai Umpan

Parameter Nilai

Tekanan 7,8 kg/cm2G

Laju Alir 1500 Nm3/jam

Temperatur 54,8966 0C

Fraksi Berat 0,9999

Umpan melewati pipa 1, 2, 3, 8, 4, dan 5 dengan diameter yang bervariasi:

6, 8, 10, dan 14 inch. Umpan juga melewati siklon (no.7) dan control valve (no.6).

Tanda kuning pada control valve menunjukkan adanya critical flow yang terjadi

karena perbedaan tekanan masuk dan keluar control valve terlalu besar (dari 7,8

hingga 0,15 kg/cm2G). Menurut software CHEMCAD ini, tekanan keluaran

maksimal pada control valve yang diperbolehkan hanya 3,55 kg/cm2G. Sehingga,

12


simulasi ini menunjukkan bahwa jika umpan (gas VCM) masuk pada tekanan 7,8

kg/cm2G, produk (keluaran) akan bertekanan sekitar 3,55 kg/cm

2G. Data aktual

dari lapangan menunjukkan bahwa tekanan gas VCM sesaat sebelum masuk pada

gas holder seharusnya hanya sekitar 200 mmH2O (=0,02 kg/cm2). Selain karena

critical flow menurut software, perbedaan antara data perhitungan dengan data

lapangan ini dapat disebabkan oleh pengukuran tekanan gas VCM yang akan

masuk di gas holder tidak sejalur dengan gas VCM yang berasal dari reaktor

(yang dihitung).

4.2 Validasi Model Menggunakan Data Aktual

4.2.1 Profil Tekanan dan Laju Alir tiap Waktu

Pemodelan dan perhitungan yang disebutkan pada Subbab 4.1 menggunakan

asumsi bahwa profil tekanan dan laju alir menurun secara linear terhadap waktu

(steady). Akan tetapi, data di lapangan tentu tidak teratur, oleh sebab itu, perlu

disimulasikan penurunan tiap menit tekanan dan laju alir gas VCM pada reaktor.

Profil penurunan tekanan dan laju alir tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.2.

(a)

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Teka

nan

(kg/

cm2 G

)

Waktu (Menit)

13


Gambar 4.2 Profil Tekanan (a) dan Laju Alir (b) pada Reaktor setiap Waktu Berdasarkan

Perhitungan

Tekanan awal dan akhir ditentukan 7 dan 0,2 kg/cm2G dengan interval

waktu hingga 15 menit. Diinginkan pada menit ke 15 tekanan reaktor berada di

sekitar 0,2 kg/cm2G. Dapat dilihat bahwa baik profil tekanan maupun laju alir

memiliki karakteristik yang sama yaitu menurun secara dinamik (tidak linear).

4.2.2 Hilang Tekan dari Reaktor ke Gas Holder

Penghitungan hilang tekan yang dilakukan meliputi hilang tekan pada pipa

dan sambungan-sambungannya, pada siklon, dan juga pada control valve. Hasil

perhitungan ditunjukkan oleh Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Hilang Tekan pada Instrumen Proses Recovery

Parameter Hilang Tekan

(kg/cm2)

Pipa (termasuk fitting)

d = 6 in, L = 29 m 0,0081

d = 10 in, L = 74 m 0,0014

d = 14 in, L = 14 m 0,0002

Siklon 0,0032

Berdasarkan Tabel 4.2, besarnya hilang tekan pada pipa dan siklon terbilang

sangat kecil. Data aktual di lapangan menunjukkan bahwa seharusnya hilang

tekan dari reaktor ke control valve adalah 6,85 kg/cm2G dengan bukaan valve

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Laju

Alir

(m

3 /ja

m)

Waktu (menit)

14


30%. Pada control valve terdapat sedikit penyimpangan data antara spesifikasi

dari plant dan hasil perhitungan. Dengan laju alir masuk 1.500 Nm3/jam dan

spesifikasi valve menggunakan data aktual, (Cv = 420, bukaan 30%) bukaan

valve semestinya hanya 5,68%. Hasil simulasi perhitungan ini menggunakan

software CHEMCAD ditunjukkan oleh Gambar 4.3. Analisis lebih lanjut

mengenai control valve dijelaskan di subbab berikutnya.

Gambar 4.3 Perhitungan Bukaan Control Valve dengan Menggunakan Software CHEMCAD

Kecurigaan selanjutnya adalah pada siklon, bisa jadi siklon ini yang

menyebabkan tekanan yang masuk pada control valve berkurang. Jika benar

demikian, hilang tekan di siklon seharusnya jauh lebih besar. Oleh karena itu,

dihitung pula hilang tekan siklon secara manual dengan mengambil spesifikasi

aktual siklon yang dimiliki PT. Asahimas Chemical (Tabel 4.3).

15


Tabel 4.3 Spesifikasi Siklon pada Plant PVC-2 PT. ASC

Parameter Nilai Satuan

D 0,6 m

H 0,1524 m

W 0,1524 m

S 0,8 m

Lb 2,13 m

Lc 1,13 m

De 0,254 m

Dd 0,2032 m

Densitas VCM 22,972 kg/m3

g 9,81 m/s2

v in 3,5 m/s

Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.3) dan (2.4),

hasil perhitungan menghasilkan bahwa hilang tekan siklon adalah 0,006 kg/cm2G,

sekitar 2 kali lipat dari hasil simulasi, tetapi nilai ini masih terbilang kecil dan

tidak dapat dikatakan bisa mempengaruhi tekanan yang masuk pada control valve.

4.3 Analisis Control Valve

Seperti yang telah disinggung pada pembahasan hilang tekan di subbab

sebelumnya, control valve ini merupakan salah satu kunci permasalahan dalam

modifikasi proses yang akan dilakukan. Analisis pertama tentang control valve

adalah laju alirnya. Tabel 4.4 menunjukkan hasil perhitungan manual dengan

menggunakan 3 persamaan yang berbeda.

Tabel 4.4 Perhitungan Ulang Laju Alir Control Valve

%Travel %CV CV F1 (Nm3/jam) F2 (Nm

3/jam) F3 (Nm

3/jam)

33% 47% 197,4 15807,78 9886,16 13519,96

Perhitungan diatas dilakukan dengan acuan data aktual: Cv = 420, tekanan

upstream =5,86 kg/cm2G dan tekanan downstream = 0,15 kg/cm

2G. Diambil laju

alir yang paling kecil, yaitu 9886,16 Nm3/jam. Jika nilai ini dikonversi ke kg/jam

dan dikalikan dengan waktu pengaliran pada laju yang sama (11 menit) maka

massa gas VCM diperoleh sebesar 5053,93 kh (sekitar 5 ton), padahal menurut

16


data aktual di lapangan, massa gas VCM yang tidak beraksi menjadi PVC

maksimal adalah 4000 kg (4 ton). Hal ini tidak mungkin terjadi, artinya kesalahan

memang terletak pada koefisien laju valve (Cv) atau bukaan valve.

Analisis berikutnya tentang control valve adalah bukaannya. Dengan

menggunakan spesifikasi yang sama, tetapi laju alir dibuat agar 1500 Nm3/jam,

hasil perhitungan bukaan valve ditunjukkan oleh Tabel 4.5.

Tabel 4.5 Perhitungan Bukaan Control Valve dengan Laju Alir dibuat 1500 Nm3/jam

Flow Flow Value

(Nm3/h)

CV %CV %Bukaan

Flow Calculation 1500 21,61 5% 5%

Berdasarkan Tabel 4.5 dapat dilihat bahwa bukaan valve seharusnya hanya

berkisar sekitar 5% untuk menghasilkan laju alir sebesar 1500 Nm3/jam. Akan

tetapi di control room bukaan yang terdeteksi adalah 20 – 30 %. Setelah

ditanyakan kembali kepada pihak Divisi Produksi PT. Asahimas Chemical, hal

seperti ini bisa saja terjadi. Memang pernah ada pengalaman bahwa control valve

telah dibuka 100% tetapi lajunya tetap kecil, ternyata setelah dibongkar, didalam

control valve tersebut terdapat scale (kerak) hasil akumulasi PVC halus yang

terbawa oleh Gas VCM dan tersangkut di valve.

4.4 Analisis Kemampuan Heat exchanger

Perlu diperiksa kembali sebenarnya bagaimanakah syarat umpan gas VCM

yang harus masuk ke dalam heat exchanger ini, apakah heat exchanger yang sama

akan mampu digunakan dengan adanya penambahan kapasitas massa komponen

yang masuk. Heat exchanger ini awalnya didesain untuk kapasitas aliran gas

VCM sebesar 2732 kg/jam. Untuk modifikasi, gas VCM yang masuk harus

memiliki laju alir 1600 Nm3/jam atau sebesar 4606,8 kg/jam. Tabel 4.6

menunjukkan perbandingan design dan recalculation design HE-6301.

17


Tabel 4.6 Perhitungan Ulang Kemampuan HE-6301

No Process Design Unit

HE-6301

Design Recalculation

Design

1 Flowrate

a. Shell (water) kg/h 40000 40000

b. Tube (VCM) kg/h 2732 2732

2 Temperature

a. Shell (in/out)

oC 30 / 37,5 30 / 35.12

b. Tubes (in/out)

oC 60 / 37,85 60 / 37.85

3 Pressure In

a. Shell kg/cm

2G 4 4

b. Tubes (in/out) kg/cm

2G 7 7

4 Latent heat of tube side (in/out) kcal/kg 105,21 / 104,77 69.65 / 69.65

5 Area M2 114,48 114,48

6 Heat Exchanged MM

kcal/h 0,3045 0,2062

7 Fouling Rate

0,0005

a. Shell

m2-hr-

C/kcal 0,000372 0,0002

b. Tubes (in/out)

m2-hr-

C/kcal 199,48 0,001

8 Transfer Rate Service kcal/m-

hr-C 200,34 103,57

9 Transfer Rate Actual kcal/m-

hr-C 0,34 230,84

10 Excess % 0,43 122,88

11 Pressure Drop

a. Shell (allow/calc) kgf/cm

2 1 / 0,1834 1 / 0,131

b. Tubes (allow/calc) kgf/cm

2 1 / 0,01 1 / 0,0074

Berdasarkan Tabel 4.6 dapat dilihat bahwa terdapat kesalahan desain pada

latent heat, setelah dikalkulasi ulang ternyata kalor laten (in/out) yang diperoleh

hanya 69,65/69,65 (dari semula 105,21/104,77), demikian pula untuk transfer rate

service dan excess-nya. Oleh karena itu, ada kemungkinan jika kapasitas

dinaikkan sekitar 2 kalinya, heat exchanger ini masih bisa digunakan walaupun

18


dengan excess yang tipis. Pengecekan ini dilakukan pada software, tampilan hasil

TEMA Spesification Sheet dapat dilihat pada Tabel 4.7.

Tabel 4.7 TEMA Specsheet Pengecekan Kemampuan Heat exchanger

Dengan penambahan laju alir massa yang masuk sebesar 4606,80 kg/jam

(awalnya 2732 kg/jam) ternyata heat exchanger ini masih dapat digunakan

(transfer rate actual > service) dengan beberapa catatan:

a. Air pendingin yang masuk bertemperatur 28 0C atau lebih rendah

b. Fouling Resistance pada tube maksimal 0,00117 m2-jam-C/kcal (perlu

dicek di lapangan aktualnya, walaupun nilai ini sudah lebih besar

dibandingkan desain awalnya, yaitu 0,0004 m2-jam-C/kcal)

c. Tekanan gas VCM yang masuk harus bertekanan minimal 6 kg/cm2G.

4.5 Analisis Hidrodinamika Modifikasi Proses

Tahap berikutnya adalah menentukan instalasi pipa baru yang akan dipasang

untuk menyalurkan gas VCM dari control valve menuju heat exchanger. Panjang

pipa yang dibutuhkan telah diukur langsung di lapangan, yaitu sekitar 50 meter.

Diameter pipa rekomendasi software penghitung heat exchanger awalnya adalah

3 in, akan tetapi setelah dicek ulang hilang tekan dengan diameter 3 in terbilang

cukup besar (0,356 kg/cm2G), sehingga dipilihlah diameter pipa 4 in. Sambungan

19


yang diperlukan antara lain 2 buah elbow 900

dan 1 buah elbow 450. Hilang tekan

total yang dihasilkan adalah 0,056 kg/cm2G sehingga tekanan keluaran valve

minimal adalah 6,056 kg/cm2G dan tekanan keluaran reaktor minimal yang bisa

langsung dialirkan ke Heat exchanger adalah 6,1 kg/cm2G.

20

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari penugasan ini adalah modifikasi proses

unit recovery VCM pada plant PVC-2 dapat dilakukan dengan beberapa catatan

syarat dan spesifikasi instrumen:

a. Air pendingin yang masuk pada heat exchanger minimal bertemperatur

280C

b. Fouling Resistance pada tube maksimal 0,00117 m2-jam-C/kcal

c. Tekanan gas VCM yang masuk harus bertekanan minimal 6 kg/cm2G.

d. Pipa yang digunakan untuk instalasi berdiameter 4 in dengan panjang 50

m dengan 2 buah elbow 900 dan 1 buah elbow 45

0.

e. Tekanan gas dari keluaran control valve minimal 6,056 kg/cm2G.

f. Tekanan gas keluaran reaktor minimal 6,1 kg/cm2G.

5.2 Saran

Berdasarkan analisis penugasan yang dilakukan, saran yang dapat diberikan

antara lain:

a. Perlu dicek kembali spesifikasi control valve baik koefisien maupun

bukaan aktualnya. Termasuk juga pengecekan adanya scale PVC pada

valve.

b. Fan cooling tower yang menyediakan air pendingin untuk heat exchanger

bila perlu diganti supaya tidak sering terjadi kerusakan yang

mengakibatkan naiknya temperatur air pendingin hingga 320.

c. Jika memang ada PVC serbuk yang tersangkut pada control valve, maka

kinerja siklon perlu dicek kembali.

21

DAFTAR PUSTAKA

Azbil. 2009. Top-Guided Single Seated Control Valve With Steam Jacket. Japan:

Yamatake Co.

G. Ramachandran and Dirgo, John, et.al. 1991. Cyclone Optimization Based on

New Empirical Model for Pressure Drop. University of North Carolina.

Geankoplis, Christie John. 2003. Transport Processes and Separation Process

Principles. New Jersey: Pearson Education.

Lang, Jim. 2000. Design Procedure for Heat Exchanger on The AspenPlus

Software.

Parcol. Handbook For Control Valve Sizing. Italy: Canegrate

Perry, Robert H. dan Dow W. Green. 2008. Perry Chemical Engineers’ Handbook

8th

edition. Amerika Serikat: McGraw-Hill.

Sinnott, R. K. 2005. Coulson & Richardson’s Chemical Engineering Design 4th

edition volume 6. Oxford: Elsevier Butterworth-Heinemann.

REF-VC1-0043. 1988. Equipment specification. VCM 1 DEPT.

22

LAMPIRAN A

DATA AKTUAL

A.1 Data Pipa

No.

Pipa

Diameter

(in)

Panjang

(m)

Valve Sambungan (fittings)

1 6 24 3 Ball valve 3 Tee,

5 Elbow 900,

1 Elbow 450

2 10 6 2 Ball valve 1 Tee,

2 Elbow 900

3 6 2,5 1 Gate valve 1 Reducer,

1 Elbow 900

8 6 2,5 - 1 Elbow 900

4 10 68 1 Ball valve 1 Tee

1 Reducer

9 Elbow 900

5 14 14 3 Butterfly 7 Tee

1 Elbow 900

1 Elbow 450

(*lihat nomor pipa pada gambar)

A.2 Data Control Valve

Cv = 420

Pupstream = 0,2 kg/cm2G

23


Pdownstream = 0,15 kg/cm2G

Laju = 1500 Nm3/jam

Bukaan valve = 30%

A.3 Data Siklon

Laporan Khusus Kerja Praktik PT. Asahimas Chemical

Documents

Transcript of Laporan Khusus Kerja Praktik PT. Asahimas Chemical