tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

31
Laporan Tugas Khusus Dept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Konverter merupakan alat yang digunakan untuk mengkonversi SO 2 menjadi SO 3 pada pabrik asam sulfat. Konverter terdiri dari 4 bed. Pada bed I sampai bed III merupakan konversi tingkat pertama, dan bed IV merupakan konversi tingkat kedua. Konversi yang dihasilkan pada masing-masing bed berbeda. Konversi akan meningkat pada setiap bed sampai pada bed IV yang dapat memiliki konversi minimal 99,7%. Di dalam konverter terdapat katalis yaitu vanadium pentaoksida (V 2 O 5 ) yang berguna untuk mengarahkan reaksi. Kondisi akif katalis V 2 O 5 berkisar antara 420-440 o C. Keaktifan katalis akan hilang pada suhu 630 o C-650 o C sehingga diperlukan adanya pengontrolan suhu pada setiap bed untuk menghindari kerusakan pada katalis. Dalam pengoperasiaannya, terkadang suhu operasi aktual lebih rendah dibandingkan suhu operasi desain. Misalnya dari data suhu tanggal 1 sampai 10 Agustus 2013 menunjukkan suhu aktual (615,1 o C) lebih tinggi daripada suhu desain (4611 o C). Adanya perbedaaan ini, mendorong untuk dilakukannya evaluasi kinerja konverter. Selanjutnya, akan diketahui perbaikan Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro 1

description

BAB IPENDAHULUAN1.1. Latar Belakang Masalah Konverter merupakan alat yang digunakan untuk mengkonversi SO2 menjadi SO3 pada pabrik asam sulfat. Konverter terdiri dari 4 bed. Pada bed I sampai bed III merupakan konversi tingkat pertama, dan bed IV merupakan konversi tingkat kedua. Konversi yang dihasilkan pada masing-masing bed berbeda. Konversi akan meningkat pada setiap bed sampai pada bed IV yang dapat memiliki konversi minimal 99,7%. Di dalam konverter terdapat katalis yaitu vanadium pentaoksida (V2O5) yang berguna untuk mengarahkan reaksi. Kondisi akif katalis V2O5 berkisar antara 420-440oC. Keaktifan katalis akan hilang pada suhu 630oC-650oC sehingga diperlukan adanya pengontrolan suhu pada setiap bed untuk menghindari kerusakan pada katalis. Dalam pengoperasiaannya, terkadang suhu operasi aktual lebih rendah dibandingkan suhu operasi desain. Misalnya dari data suhu tanggal 1 sampai 10 Agustus 2013 menunjukkan suhu aktual (615,1oC) lebih tinggi daripada suhu desain (4611oC). Adanya perbedaaan ini, mendorong untuk dilakukannya evaluasi kinerja konverter. Selanjutnya, akan diketahui perbaikan kondisi operasi (misal: T dan P) atau komponen konverter ( misal:katalis).1.2. Perumusan Masalah Pada pembuatan asam sulfat dengan metode double contact double absorber, gas SO3 terbentuk dengan sifat reaksi eksotermis/melepas kalor. Jika suhu diturunkan maka keseimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksotermis, sehingga konversi yang dihasilkan akan lebih tingi. Namun reaksi eksotermis akan melepas kalor sehingga suhu di dalam konverter akan menjadi tinggi. Hal ini dapat berpengaruh terhadap konversi SO3 yang terbentuk dan kinerja dari konverter, maka dari itu pengontrolan suhu sangat diperlukan untuk menjaga konversi yang diinginkan. Kinerja konverter dapat dievaluasi berdasarkan atas parameter konversi reaksi pada konverter tersebut, dengan memasukkan data data seperti :laju alir udara kering masuk burner, kadar gas SO2 masuk konverter, suhu katalis di tiap bed konverter, tekanan katalis di tiap bed konverter kemudian langkah pertama yaitu menghitung komposisi gas masuk pada tiap bed konverter berdasarkan stokiometri dan neraca massa dikonverter, selanjutnya menghitung konverter tiap bed dengan menggunakan metode trial and error.1.3. TujuanTujuan Umum :Mengevaluasi kinerja konverter di pabrik asam sulfat II Departemen Produksi III dengan menggunakan parameter konversi SO2 menjadi SO3 .Tujuan Khusus :1. Membandingkan konversi aktual dengan konversi desain2. Mengetahui permasalahan yang sering dihadapi dalam plant asam sulfat.1.4. ManfaatHasil evaluasi kinerja konverter ini dapat digunakan sebagai dasar untuk membuat rekomendasi meningkatkan kinerja konverter.

Transcript of tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Page 1: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Konverter merupakan alat yang digunakan untuk mengkonversi SO2

menjadi SO3 pada pabrik asam sulfat. Konverter terdiri dari 4 bed. Pada bed I

sampai bed III merupakan konversi tingkat pertama, dan bed IV merupakan

konversi tingkat kedua. Konversi yang dihasilkan pada masing-masing bed

berbeda. Konversi akan meningkat pada setiap bed sampai pada bed IV yang

dapat memiliki konversi minimal 99,7%. Di dalam konverter terdapat katalis yaitu

vanadium pentaoksida (V2O5) yang berguna untuk mengarahkan reaksi. Kondisi

akif katalis V2O5 berkisar antara 420-440oC. Keaktifan katalis akan hilang pada

suhu 630oC-650oC sehingga diperlukan adanya pengontrolan suhu pada setiap bed

untuk menghindari kerusakan pada katalis.

Dalam pengoperasiaannya, terkadang suhu operasi aktual lebih rendah

dibandingkan suhu operasi desain. Misalnya dari data suhu tanggal 1 sampai 10

Agustus 2013 menunjukkan suhu aktual (615,1oC) lebih tinggi daripada suhu

desain (4611oC). Adanya perbedaaan ini, mendorong untuk dilakukannya evaluasi

kinerja konverter. Selanjutnya, akan diketahui perbaikan kondisi operasi (misal: T

dan P) atau komponen konverter ( misal:katalis).

1.2. Perumusan Masalah

Pada pembuatan asam sulfat dengan metode double contact double

absorber, gas SO3 terbentuk dengan sifat reaksi eksotermis/melepas kalor. Jika

suhu diturunkan maka keseimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksotermis,

sehingga konversi yang dihasilkan akan lebih tingi. Namun reaksi eksotermis

akan melepas kalor sehingga suhu di dalam konverter akan menjadi tinggi. Hal ini

dapat berpengaruh terhadap konversi SO3 yang terbentuk dan kinerja dari

konverter, maka dari itu pengontrolan suhu sangat diperlukan untuk menjaga

konversi yang diinginkan.

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 1

Page 2: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

Kinerja konverter dapat dievaluasi berdasarkan atas parameter konversi

reaksi pada konverter tersebut, dengan memasukkan data data seperti :laju alir

udara kering masuk burner, kadar gas SO2 masuk konverter, suhu katalis di tiap

bed konverter, tekanan katalis di tiap bed konverter kemudian langkah pertama

yaitu menghitung komposisi gas masuk pada tiap bed konverter berdasarkan

stokiometri dan neraca massa dikonverter, selanjutnya menghitung konverter tiap

bed dengan menggunakan metode trial and error.

1.3. Tujuan

Tujuan Umum :

Mengevaluasi kinerja konverter di pabrik asam sulfat II Departemen

Produksi III dengan menggunakan parameter konversi SO2 menjadi SO3 .

Tujuan Khusus :

1. Membandingkan konversi aktual dengan konversi desain

2. Mengetahui permasalahan yang sering dihadapi dalam plant asam

sulfat.

1.4. Manfaat

Hasil evaluasi kinerja konverter ini dapat digunakan sebagai dasar untuk

membuat rekomendasi meningkatkan kinerja konverter.

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 2

Page 3: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Heat Exchanger

Heat Exchanger

Absorber I

Absorber II

611oC

430oC

440oC 521oC

430oC 450oC

420oC

440oC

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Konverter

Konverter merupakan salah satu unit alat yang digunakan untuk

memproduksi asam sulfat di PT Petrokimia Gresik. Pada pabrikAsamSulfat II

Departemen Produksi III digunakan konverter yang terdiri dari 4 bed. Katalis

yang digunakan adalah Vanadium Pentaoksida (V2O5). Proses yang digunakan

adalah double contact double adsorber.

Gambar 2.1 Konverter 4 bed pada pabrik asam sulfat PT Petrokimia Gresik

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 3

Page 4: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

Konverter terdiri dari 4 bed, tiga bed merupakan konversi tingkat pertama

dan bed yang keempat merupakan konversi tingkat kedua. Proses gas yang

mengandung gas SO2 dengan suhu 430°C masuk ke konverter bed I. Sekitar enam

puluh persen dari gas SO2 diubah menjadi gas SO3 dengan reaksi sebagai berikut:

SO2 + ½ O2 SO3 + Q ....... ............................................(1)

Reaksi (1) merupakan reaksi eksotermis dapat balik dengan melepaskan kalor

sebesar 23,49 x 103 Kcal/kg.mol.

Gas keluaran bed I yang mengandung gas SO3 dengan suhu 610°C masuk ke

heat exchanger I dimana panasnya diberikan kepada gas yang akan masuk ke bed

IV, kemudian gas dari bed I masuk ke bed II dengan suhu 440°C dan akan terjadi

konversi selanjutnya. Gas keluaran II suhunya 520°C masuk ke heat exchanger II

kemudian gas dengan suhu 430°C masuk ke bed III, di heat exchanger gas yang

sudah dikonversi memberikan panasnya kepada gas yang masuk bed IV. Gas

keluaran bed III yang banyak mengandung gas SO3 dengan suhu 450°C masuk ke

economizer I dimana gas tersebut didinginkan menjadi 220°C sebelum masuk ke

menara absorber I.

Setelah gas SO3 diserap dengan H2SO4 di menara absorber, sisa gas dengan

suhu 80°C melalui demister dipisahkan secara paralel kemudian masuk ke pipa

heat exchanger I dan II, kemudian menjadi satu sebelum masuk bed IV. Gas

sebelum masuk ke bed IV dipanaskan di heat exchanger I dan menjadi 420°C.

Gas keluaran bed IV dengan suhu 440°C masuk ke economizer II, dimana

gas tersebut didinginkan menjadi 190°C sebelum masuk menara absorber II.

Untuk mencegah kemungkinan kondensasi dari gas keluaran menara absorber I

maka dilengkapi tracking yang dipasang pada saluran gas antara menara absorber

I dan heat exchanger II.

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 4

Page 5: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

2.2. Kinetika Reaksi

Kesetimbangan reaksi tergantung dari suhu, tekanan total dan konsentrasi

reaktan. Konstanta kesetimbangan untuk reaksi ini dihitung dari tekanan parsiil

masing-masing gas sebagai berikut :

Kp=p( SO3 )

p( SO2 ) . p(O2 )0,5

................................................................................ (2)

Hubungan antara Kp dan suhu menurut Bodenstein dan Pohl adalah sebagai

berikut :

Log Kp = 5186,5/T + 0,611 log T – 6,75 ............................................................(3)

Konversi yang dicapai pada proses double contact double absorber lebih

baik dibandingkan proses single contact. Pada proses single contact konversi

maksimum yang dicapai dengan 4 bed katalis adalah 97,5 – 98 % tergantung dari

komposisi gas yang masuk. Sedangkan pada proses double contact double

absorber bisa mencapai lebih dari 99,7%.

Di PT Petrokimia Gresik digunakan konverter dengan susunan (3+1). Gas

reaktan mula-mula masuk reaktor bed I, gas keluaran dari bed I masuk ke bed II

dan seterusnya sampai bed ke III, di antara bed selalu dilakukan pendinginan dan

sebelum masuk ke bed IV, gas dari bed III dilewatkan absorber I untuk diserap

SO3-nya. Dalam hal ini digunakan H2SO4 98,5% sebagi penyerap. Diharapkan

SO3 akan terikat oleh air yang terkandung dalam asam sulfat. Dalam hal ini tidak

digunakan H2O murni sebagai penyerap karena panas pelarutan SO3 dalam H2O

lebih tinggi sehingga sebagian H2O teruapkan dan membawa molekul H2SO4 serta

menimbulkan kabut yang sulit dipindahkan sehingga absorbsi tidak sempurna.

Gas SO2 keluaran dari absorber I diumpankan ke bed IV untuk mengkonversi

SO2sisa menjadi SO3. Dari bed IV gas masuk absorber II untuk penyerapan gas

SO3. Dengan proses ini diharapkan gas buang sudah bebas dari gas SO3.

2.3. Pengaturan Kondisi Operasi

Pengontrolan suhu dari tiap-tiap bed dan mempertahankan konsentrasi gas

SO2 yang dikehendaki dalam gas yang akan dihasilkan dalam konverter

merupakan proses operasi yang paling utama. Kenaikan suhu ini tidak boleh lebih

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 5

Page 6: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

dari 620°C untuk keluaran bed I, tujuannya untuk menghindarkan kerusakan

katalis dan peralatan lain di dalam konverter. Suhu keluaran ini dapat diatur

dengan mengurangi suhu masukan di bed I. Hal tersebut dapat dikontrol dengan

menutup atau membuka alat pengatur panas. Suhu gas panas yang keluar di sisi

lain, akan ikut terpengaruh sebab terjadi kelainan pressure drop di dalam heat

exchanger tersebut.

Pada proses pembuatan H2SO4 terutama pada proses yang terjadi dalam unit

konverter sangat diperlukan alat penukar panas, karena proses konversi SO2

menjadi SO3 merupakan reaksi eksotermis. Reaksi eksotermis inilah yang akan

menyebabkan suhu keluaran pada tiap bed akan meningkat sehingga diperlukan

alat penukar panas untuk mendinginkan suhu keluaran bed tersebut sehingga sama

dengan kondisi operasi pada bed berikutnya.

Pengaturan suhu dilakukan dengan memasang alat penukar panas Heat

Exchanger dan Economizer. Heat Exchanger digunakan untuk mendinginkan SO2

dan SO3 keluaran bed I dan II, sedangkan Economizer digunakan untuk

mendinginkan gas SO3 keluaran bed III dan bed IV. Tipe dari alat penukar panas

tersebut adalah tipe shell and tube, dimana gas SO3 yang akan didinginkan melalui

shell side, sedangkan pendingin yang digunakan melalui tube side. HE Shell and

tube ini biasanya menggunakan pipa baja yang mengandung unsur logam Fe

sehingga dapat mengakibatkan korosi jika bereaksi dengan gas SO2 dan SO3,

walaupun proses ini terjadi secara perlahan tetapi akan tetap menurunkan kinerja

alat penukar panas tersebut.

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 6

Page 7: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

BAB III

METODOLOGI

3.1. Cara Memperoleh Data

Data primer yang diperoleh dari Central Control Room Pabrik Asam Sulfat

II Departemen Produksi III PT Petrokimia Gresik pada tanggal 1-10 September

2013 antara lain :

1. Laju alir udara kering masuk burner

2. Kadar gas SO2 masuk konverter

3. Suhu katalis di tiap bed konverter

4. Tekanan katalis di tiap bed konverter

3.2. Cara Pengolahan Data

Dari data yang diperoleh dilakukan langkah-langkah pengolahan data

sebagai berikut :

1. Menghitung komposisi gas masuk pada tiap bed konverter berdasarkan

stoikiometri reaksi dan neraca massa di konverter.

Langkah kerja :

Menuliskan reaksi yang terjadi dan kondisi stoikiometri reaksi

SO2 + ½ O2 SO3

Awal a b c

Reaksi ax ½ ax ax

Setimbang a(1-x) b-½ ax c + ax

Untuk SO2 masuk konverter dari bed I sudah diketahui prosentasenya dari

data yang terdapat di laboratorium, kemudian dari data tersebut kita dapat

menghitung jumlah mol dari SO2 dengan rumus sebagai berikut

S + O2 SO2

Mula-mula L F -

Reaksi L L L

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 7

Page 8: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

Sisa - F-L L

Misalnya :

SO2 inlet konverter = L kmol

O2 yang bereaksi di furnace (burner) = L mol

O2 sisa keluar furnace = M kmol

= F-L kmol

N2 inlet yang terikut dalam udara burner = N kmol

Maka :

% SO2 inlet konverter =

nSO2

nSO2+nO2+nN 2

= L

L+M +N

Sehingga akan didapat nilai L

Setelah nilai L didapat, dari kondisi stoikiometri kita dapat

menghitung komposisi gas masuk bed I pada konverter.

Nilai L pada bed II, III, IV dapat kita hitung dari persamaan

keseimbangan reaksi pembentukan SO3 yang merupakan fungsi

temperatur dan konversi. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat

pada no.2. Setelah didapatkan nilai L tersebut kita dapat

menghitung komposisi gas masuk bed II, III, dan IV pada

konverter.

2. Menghitung konversi tiap bed dengan metode trial and error

Langkah kerja :

Rumus yang digunakan adalah rumus yang dikemukakan oleh

Bodenstein dan Pohl, sebagai berikut :

Log Kp = 5186,5/T + 0,611 log T – 6,7497 = f(x)

Dengan Kp = Konstanta kesetimbangan gas

T = Suhu keluar bed, °K

f(x) disusun berdasarkan konsentrasi masing-masing reaktan dalam

keadaan keseimbangan.

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 8

Page 9: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

Keadaan keseimbangan dapat dinyatakan dengan Kp yang disusn

sebagai berikut :

SO2 + ½ O2 SO3

Awal a b c

Reaksi ax ½ ax ax

Setimbang a(1-x) b-½ ax c + ax

SO2 = a-ax = A

O2 = b-½ ax = B

SO3 = c + ax = C

N2 = d = D

Total = a-ax + b-½ ax + c + ax + d = E

= a + b + c + d -½ ax = E

Kp=(C

ExPabs)

( AE

xPabs)( BE

xPabs)1/2

Kp=( C

A )( B

ExPabs)

1/2

Dari temperatur masing-masing bed, diperoleh nilai Kp masing-

masingbed kemudian dengan metode trial and error dapat kita

hitung konversi (x) masing-masing bed.

Analisa data hasil :

Data yang kita peroleh adalah jumlah SO3 outlet pada tiap bed,

kemudian kita bandingkan dengan jumlah SO2 inlet, sehingga kita

dapat menghitung konversi overall pada konverter.

Menghitung Konversi Overall

Bed I =

SO 2 inletkonverter−SO2 outletISO2 inletkonverter

x 100 %=xI %

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 9

Page 10: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

Bed II =

SO2 inletkonverter−SO2outletIISO2 inletkonverter

x100 %=xII %

Bed III =

SO 2 inletkonverter−SO2 outletIIISO2 inletkonverter

x100 %=xIII %

Bed IV=

SO2 inletkonverter−SO2 outletIVSO2 inletkonverter

x 100 %=xIV %

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 10

Page 11: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil.

Tabel 4.1. Hasil Pengukuran dan Perhitungan Konversi dan Suhu di Konverter.

Bed Suhu Bed

Aktual 0C

Suhu

BedDesign0C

Konversi

Aktual (%)

Konversi

Design (%)

I 615,1 611 69,5 60

II 532,6 521 88,34 87

III 466,8 451 96,33 94

IV 429,1 441 99,94 99,73

4.2. Pembahasan

4.2.1 Pengaruh Suhuterhadap Nilai Keseimbangan dan Konversi Reaksi

400 450 500 550 600 6500

50

100

150

200

250

Suhu (K)

KP

Gambar 4.1 Pengaruh suhu (K) terhadap nilai keseimbangan (Kp)

Pada gambar 4.1,terlihat hubungan suhu dengan harga Kp yang

menunjukkan bahwa semakin rendah suhu maka harga Kp yang dihasilkan

semakin tinggi. Nilai Kp diperoleh menggunakan persamaan Bodenstein dan

Pohl: Log Kp = 5186,5/T + 0,611 log T – 6,75 . Harga konstanta keseimbangan

reaksi ini berpengaruh pada kesetimbangan reaksi, dimana reaksinya:

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 11

Page 12: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

SO2 + ½ O2 SO3+ Q , yang mana untuk konstanta kesetimbangan (Kp)

dapat di tunjukkan dengan persaman:Kp=

p( SO3 )

p( SO2 ) . p(O2 )0,5

, sehingga dapat

disimpulkan pada reaksi eksotermis jika suhu rendah maka reaksi akan bergeser

ke arah eksotermis dan menyebabkan produksi SO3 meningkat. Pada bed 1,

menunjukkan bahwa suhu aktual lebih rendah dari pada desain, sehingga

menghasilkan harga Kp yang tinggi dibandingkan harga Kp desain, begitu juga

pada bed 2, bed 3, dan bed 4.

400 450 500 550 600 6500

102030405060708090

100

Suhu (K)

Konv

ersi

(%)

Gambar 4.2 Pengaruh suhu (K) terhadap konversi

Pada gambar 4.2 menunjukkan bahwa semakin rendah suhu reaksi konversi yang

dihasilkan semakin tinggi. Konversi tersebut diperoleh dari nilai :

Log Kp = 5186,5/T + 0,611 log T – 6,75 masing-masing bed. Detail metoda

perhitungan ini dapat dilihat pada bab III ( metodologi ).

4.2.2Analisa Hasil

Tabel 4.1 menunjukkan bahwa suhu aktual lebih tinggi dibandingkan

dengan suhu desain. Hal ini dimaksudkan agar konversi reaksi lebih tinggi, namun

demikian laju reaksi akan lebih rendah. Karena sesuai hukum arhenius, semakin

tinggi suhu, laju reaksi semakin tinggi.

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 12

Page 13: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

4.2.3 Permasalahan dalam Plant Asam Sulfat

1. Ketika tempatur keluar pada reaktor bed III melebihi 350 0C naikkan laju alir udara kering yang dialirkan ke bed IV dan ketika temperatur keluar bed III dan IV mencapai 400 0C hentikan pembakaran (hal 44).

2. Apabila temperatur setiap bed mengalami kenaikan sebagai fungsi konversi SO2 menjadi SO3. Pada kondisi normal bed 1 mengalami kenaikan tertinggi. Kenaikan temperatur harus dibatasi tak lebih dari 6200 C pada temperatur keluar bed 1. Hal ini untuk menghindari kerusakan katalis dan dan peralatan. Temperatur keluar reaktor dapat di kontrol dengan menurunkan temperatur gas masuk konverter. Hal ini dapat juga dikontrol dengan menutup damper atau dengan membuka damper 400 VYH70 A pada saluran udara kering 400-AA(H)-A3-1041.

3. Temperatur masuk bed 2, 3, dan 4 dapat dikontrol dengan mengatur cold bypass damper pada HE 1 dan 2 (E1201 dan E1202).

4. Ketika salah satu cold bypass damper melewati HE yang dioperasikan pada temperatur kontrol gas panas keluar. Temperatur gas panas keluar pada sisi lain akan mengalami fluktuasi karena ketidaksamaan pressure drop. Ketika salah satu bypass dibuka yang lainnya juga akan sedikit terbuka.

5. Kenaikan pressureloss yang memasuki bed katalis mengindikasikan bertambahnya debu atau material lain yang terbawa.

6. Ketika tube econimizer dalam keadaan bersih, temperatur keluar economizer akan dibawah standar valve, gunakan boiler feed water bypass –BW(H)-B31004)

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 13

Page 14: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Suhu aktual lebih tinggi dibandingkan suhu desain.

2. Konversi aktual lebih tinggi dibandingkan konversi desain.

5.2 Saran

Perlu dilakukan penggantian katalis pada jangka waktu tertentu agar

kinerja konverter dapat dipertahankan.

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 14

Page 15: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis, J. C, and Bacon, 1983, “ Transport and Unit Operation”, 2nd edition,

The Ohio University, Inc, Tokyo.

Kern, D.Q., 1950, “ProcessHeat Transfer”, McGraw-HillKogakhusa Ltd, Tokyo.

Perry, RH, and Green DW, 1997, “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 7

thedition USA MC Graw Hill Book Co, New York.

Ulrich, G.D,1984, “A Guideto Chemical

EngineeringProcessDesignandEconomical”, 1st ed., John Wileyand Sons,

New York.

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 15

Page 16: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

LAMPIRAN PERHITUNGAN

PERHITUNGAN NERACA MASSA KONVERTER (R-1201)

Air umpan boiler

Sulfur cair

Steam

Udara

Data yang diperoleh dari lapangan pada tanggal 1-10Agustus 2013 :tgl

(Agst)

SO2 in (%) Laju alir udara

kering

(Nm3/jam)

T bed I

(°C)

T bed

II (°C)

T

bed

III

(°C)

T bed

IV (°C)

P bed I

(bar)

P bed

II (bar)

P bed

III(bar)

P bed

IV(bar)

1 9.27 179000 613 531 472 433 0,3398 0,2718 0,2185 0,1026

2 9.27 153000 610 531 465 426 0,2745 0,2185 0,1798 0,0799

3 9.21 117000 617 531 462 429 0,1918 0,1586 0,1305 0,5730

4 9.14 117000 618 532 464 429 0,1905 0,1572 0,1212 0,5596

5 9.32 115000 616 529 461 428 0,1905 0,1545 0,1212 0,5596

6 9.02 133000 617 534 467 431 0,2239 0,1839 0,1492 0,0666

7 9.32 164000 614 533 468 428 0,2998 0,2358 0,1958 0,0892

8 9.03 164000 613 531 464 425 0,2998 0,2411 0,1985 0,0919

9 9.32 174000 618 538 474 432 0,3251 0,2625 0,2132 0,0999

10 9.14 174000 615 536 471 430 0,3251 0,2625 0,2132 0,0999

Data rata-rata selama tanggal1-10Agustus 2013 :

Perhitungan Aktual

Laju alir udara kering masuk burner = 149000Nm3/jam

Konsentrasi SO2 masuk konverter = 9,204% volume

Suhu katalis dalam bed :

Bed I 615,1°C

Pembentukan SO2

Pembentukan SO3

Pengeringanudara&penyerapan SO3

Page 17: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

Bed II 532,6°C

Bed III 466,8°C

Bed IV 429,1°C

Basis 1 jam operasi

Reaksi S (l) + O2(g) SO2(g)

SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g)

SO3(g) + H2O(l) H2SO4(l)

Udara masuk = 149000Nm3

Flow = 149000Nm3 x

1kmol22 , 4 Nm3

= 6651,785 Kmol

Udara masuk :

N2 = 0,79 x 6651,785 kmol = 5254,91 Kmol

O2 = 0,21 x 6651,785 kmol = 1396,87 Kmol

SO2 masuk konverter = 9,204% volume

Sulfur (S)

SO2

Udara kering O2, N2

(O2, N2)

S + O2 SO2

Mula-mula x1396,87-

Reaksi x x x

Sisa - 1396,87-x x

Misal :

SO2 inlet konverter = x Kmol

O2 sisa keluar furnace = (1396,87– x) Kmol

Maka :

Sulfur burner (pembentukan SO2)

Konverter

Page 18: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

0,09204 =

nSO 2

nSO2+nO2+nN 2

=

xx+(1396,87 −x )+5254,91

Sehingga

x = 612,23 kmol

jadi komposisi gas

SO2 = 612,23 Kmol

O2 = 1396,87 – 612,23 = 784,64 Kmol

N2 = 5254,91 Kmol

Perhitungan konversi tiap bed

Bed I

Inlet bed I

SO2 = 612,23 Kmol

O2 = 784,64 Kmol

SO3 = 0 (belum terbentuk SO3)

N2 = 5254,91 Kmol

Suhu katalis = (615,0C + 273) = 888,1 °K

Log Kp = 5186 , 5

T+0 , 611 LogT−6 ,7497

=

5186 , 5888,1

+0 , 611 Log 888,1−6 ,7497

= 5,839 + 1,801 – 6,7497

= 0,8903

Kp = 7,767

SO2 + ½ O2 SO3

Awal a b c

Reaksi ax ½ ax ax

Setimbang a(1-x) b-½ ax c + ax

Misalkan pada saat kesetimbangan tercapai

SO3 terbentuk = c + ax C

Page 19: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

SO2 sisa = a(1-x) A

O2 sisa = b-½ ax B

N2 = d D

Total = a + b + c + d - ½ ax E

Kp =

( pSO3 )

( pSO2 )( pO2)1/2

=

( c+axa+b+c+d−1 /2 ax ) xPabs

( a−axa+b+c+d−1/2 ax

xPabs)( b−1/2axa+b+c+d−1 /2 ax

xPabs)1/2

=

( c+axa (1− x ) )

( b−1/2 axa+b+c+d−1/2ax )

1/2x (Pabs )1 /2

x = 0,695

outlet Bed I

SO2 = a(1-x)

612,23 (1-0,695) = 186,73 Kmol

O2 = b-1/2ax

784,64 – ½ (612,23) (0,695) = 489,24 Kmol

SO3 = 0 + (612,23) (0,695) = 425,49 Kmol

N2 = 5254,91 Kmol

Bed II

Inlet Bed II

SO2 = 186,73 Kmol

O2 = 489,24 Kmol

SO3 = 425,49 Kmol

N2 = 5254,91 Kmol

Suhu katalis

Suhu katalis = (532,6°C + 273) = 805,6 °K

Page 20: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

Log Kp = 5186 , 5

T+0 , 611 LogT−6 ,7497

=

5186 ,5805 , 6

+0 ,611 Log 805 ,6−6 ,7497

= 1,461

Kp = 28,9

SO2 + ½ O2 SO3

Awal a b c

Reaksi ax ½ ax ax

Setimbang a(1-x) b-½ ax c + ax

Misalkan pada saat kesetimbangan tercapai

SO2 sisa = a(1-x) A

O2 sisa = b-½ ax B

SO3 terbentuk = c + ax C

N2 = d D

Total = a + b + c + d - ½ ax E

Kp =

( pSO3 )

( pSO2 )( pO2)1/2

28,9 =

( c+axa+b+c+d−1 /2 ax ) xPabs

( a−axa+b+c+d−1/2 ax

xPabs)( b−1/2axa+b+c+d−1 /2 ax

xPabs)1/2

=

( c+axa (1− x ) )

( b−1/2 axa+b+c+d−1/2ax )

1/2x (Pabs )1 /2

x = 0,618

outlet :

SO2 = a(1-x)

186,73 (1-0,618) = 71,33 Kmol

Page 21: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

O2 = b-1/2ax

489,24– ½ (186,73) (0,618) = 431,54 Kmol

SO3 = 425,49+ (186,73) (0,618) = 540,89 Kmol

N2 = 5254,91 Kmol

Bed III

Inlet bed III

SO2 = 71,33 Kmol

O2 = 431,54 Kmol

SO3 = 540,89 Kmol

N2 = 5254,91 Kmol

Suhu katalis = (466,8°C + 273) = 739,8 °K

Log Kp = 5186 , 5

T+0 , 611 LogT−6 ,7497

=

5186 ,5739 ,8

+0 , 611 Log 739 ,8−6 ,7497

= 2,014

Kp = 103,27

Kp =

( pSO 3 )

( pSO2 )( pO2)1/2

103,27 =

( c+axa+b+c+d−1 /2 ax ) xPabs

( a−axa+b+c+d−1/2 ax

xPabs)( b−1/2axa+b+c+d−1 /2 ax

xPabs)1/2

=

( c+axa (1− x ) )

( b−1/2 axa+b+c+d−1/2ax )

1/2x (Pabs )1 /2

Dengan trial and error diperoleh

x = 0,6856

outlet :

SO2 = a(1-x)

Page 22: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

71,33(1-0,6856) = 22,426 Kmol

O2 = b-1/2ax

431 – ½ (71,33) (0,6856) = 406,548 Kmol

SO3 = 540,89 + (71,33) (0,6856) = 589,793 Kmol

N2 = 5254,91 Kmol

Efisiensi Absorber I = 99,9 %

Bed IV

Inlet bed IV

SO2 = 22,426 Kmol

O2 = 406,548 Kmol

SO3 = 589,793(0,1%) = 0,589 Kmol

N2 = 5254,91 Kmol

Suhu katalis = (429,1°C + 273) = 702,1 °K

Log Kp = 5186 , 5

T+0 , 611 LogT−6 ,7497

=

5186 , 5702 ,1

+0 , 611 Log 702,1−6 ,7497

= 2,376

Kp = 237,99

Kp =

( pSO 3 )

( pSO2 )( pO2)1/2

237,99 =

( c+axa+b+c+d−1 /2 ax ) xPabs

( a−axa+b+c+d−1/2 ax

xPabs)( b−1/2axa+b+c+d−1 /2 ax

xPabs)1/2

=

( c+axa (1− x ) )

( b−1/2 axa+b+c+d−1/2ax )

1/2x (Pabs )1 /2

Dengan trial and error diperoleh

x = 0,9839

Page 23: tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013

outlet :

SO2 = a(1-x)

22,426 (1-0,9839) = 0,361Kmol

O2 = b-1/2ax

406,548 – ½ (22,426) (0,9839) = 395,515 Kmol

SO3 = 0,589 + (22,426) (0,9839) = 22,654 Kmol

N2 = 5254,91 Kmol

Konversi overall :

Bed X =

SO2 inletkonverter−SO2outletXSO2 inletkonverter

x100 %=x %

Bed I =

612 , 23−186 , 73612 , 23

x100 %=69 , 5 %

Bed II =

612 , 23−71 ,33612 , 23

x 100 %=88 , 34 %

Bed III =

612 ,23−22 , 426612 ,23

x100 %=96 , 33 %

Bed IV=

612 ,23−0 ,361612 ,23

x100 %=99 ,94 %