13Kelompok 21/S. Genap/2013-2014

Bab 1. PendahuluanMetanol merupakan bahan baku yang sebagian besar digunakan untuk industri kimia, terutama formaldehide. Selain itu, metanol juga digunakan sebagai energi alternative, untuk mengatasi krisis bahan bakar. Pabrik metanol dari gasifikasi tandan kosong sawit yang dirancang terdiri dari beberapa tahapan yaitu, Feed Handling and Preparation, Gasifikasi, Reforming, Acid Gas Removal, Methanol Synthesis, Methanol Purification. Pada tahapan-tahapan tersebut diperlukan alat pemisahan. Alat pemisahan berperan penting dalam berlangsungnya proses produksi metanol. Alat pemisahan pabrik metanol dari gas sintesis terdiri dari rotary dryer (RD-101), cyclone (S-101), knockout drum (S-102), absorber (S-103), stripper (S-104), flash drum (S-105), dan distilasi (S-106).

Rotary dryer berfungsi untuk mengurangi kadar air dari tandan kosong sawit, cyclone berfungsi memisahkan char dan ash dari gas sintesa, knockout drum memisahkan fasa gas dan cairan pada gas sintesa, absorber berfungsi untuk menyerap gas CO2 dan H2S dari gas sintesis dengan menggunakan larutan monoetanolamin (MEA). Stripper berfungsi untuk melepas gas CO2 dan H2S yang terikat dalam larutan MEA dan mengembalikan larutan MEA ke dalam absorber, flash drum memisahkan fasa gas dan cairan pada produk berupa methanol, dan distilasi yang berfungsi untuk memisahkan methanol dan air. Perancangan rotary dryer, cyclone, knockout drum, absorber, stripper, flash drum, dan distilasi meliputi penentuan jenis dan ukuran bahan isian, penentuan dimensi (luas permukaan, diameter, tinggi packing dan tinggi kolom), perancangan fitur internal kolom (tebal shell, jenis tutup, tebal dan tinggi tutup.Bab 2. Dasar PerancanganAlat pemisahan yang terdapat di dalam proses pembuatan amonia dari gas sintesis terdiri dari rotary dryer (RD-101), cyclone (S-101), knockout drum (S-102), absorber (S-103), stripper (S-104), flash drum (S-105), dan distilasi (S-106).

2.1. Rotary Dryer (RD-101)Rotary dryer merupakan alat yang digunakan untuk mengeringkan bahan, atau mengurangi kadar air dalam tandan kosong sawit (TKS). Prinsip kerja dari rotary dryer adalah mengontakkan tandan kosong sawit dengan steam, sehingga air yang ada pada TKS teruapkan. Proses pemisahan ini berlangsung pada suhu 127oC dan tekanan 1 atm, sehingga material yang digunakan adalah Carbon Steel SA 201 Grade A. Material ini dipilih karena murah, mudah dibentuk dan dapat digunakan untuk penanganan fluida kerja yang tidak terlalu korosif. Dasar Perancangan Kolom

Dalam perancangan kolom absorber terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut:1. Penentuan dimensi (luas permukaan, diameter, dan panjang dryer)

2. Perancangan fitur internal kolom (tebal, jenis tutup, dan lain-lain)

3. Kecepatan putaran dryer2.2. Cyclone (S-101)Cyclone merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan zat padat dari campuran syngas. Prinsip kerja dari cyclone adalah dengan menggunakan suatu gaya sentrifugal yang berfungsi untuk memisahkan partikulat dari syngas. Gaya sentrifugal timbul saat partikulat di dalam udara masuk ke puncak kolektor silindris pada suatu sudut dan diputar dengan cepat mengarah ke bawah seperti pusaran air. Aliran gas mengalir secara melingkar dan partikulat yang lebih berat mengarah ke bawah setelah menabrak ke arah dinding cyclone dan meluncur ke bawah Proses pemisahan ini berlangsung pada suhu 871oC dan tekanan 30 atm, sehingga material yang digunakan adalah Carbon Steel SA 285 Grade C. Material ini dipilih karena murah, dan tahan terhadap suhu tinggi.

2.3. Knock Out Drum (S-102)

Knock Out Drum yang juga dikenal sebagai Compressor Suction Drum merupakan suatu separator yang berfungsi memisahkan fasa gas dan cairan pada gas sintesa, fasa cair tersebut berupa air, tar, dan benzene. Prinsip kerja dari Knock Out Drum ini adalah berdasarkan gaya gravitasi. Dengan adanya gaya gravitasi dan perbedaan berat jenis antara fluida cair dan fluida gas akan mengakibatkan air, tar, dan benzene ke bawah, sedangkan gas sintesa akan bergerak ke atas untuk diproses lagi. Proses pemisahan ini berlangsung pada suhu 43oC dan tekanan 29 atm, sehingga material yang digunakan adalah Carbon Steel SA 285 Grade A. Material ini dipilih karena murah, mudah dibentuk dan dapat digunakan untuk penanganan fluida kerja yang tidak terlalu korosif.Dasar Perancangan Kolom

Dalam perancangan kolom absorber terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut (Coulson & Richardson):1. Penentuan dimensi (luas permukaan, diameter, dan tinggi kolom)2. Perancangan fitur internal kolom (tebal, jenis tutup, dan lain-lain)

2.4. Absorber (S-103)

Kolom absorber berfungsi untuk memisahkan gas CO2 dan H2S dari gas sintesa dengan menggunakan larutan monoetanolamin (MEA). Prinsip kerja dari absorber adalah proses perpindahan massa antar fasa dimana komponen dalam campuran gas diserap oleh cairan. Jenis absorber yang digunakan adalah vertical coloumn yang dilengkapi dengan bahan isian (packing) sebagai kontaktor (meningkatkan luas permukaan dan waktu kontak) di bagian dalam kolom, tutup atas dan bawah berupa torispherical. Ukuran packing yang digunakan ditentukan oleh jenis packing yang dipilih. Tebal dinding absorber ditentukan oleh tekanan operasi yang ditambah dengan faktor korosi. Proses pemisahan ini berlangsung pada suhu 43oC dan tekanan 28 atm, sehingga material yang digunakan adalah Carbon steels SA-212 Grade B. Material ini dipilih karena murah, mudah dibentuk dan dapat digunakan untuk penanganan fluida kerja yang tidak terlalu korosif. Dasar Perancangan KolomDalam perancangan kolom absorber terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut (Coulson & Richardson):

1. Penentuan jenis dan ukuran bahan isian2. Penentuan dimensi (luas permukaan, diameter, dan tinggi kolom)3. Perancangan fitur internal kolom (tebal, jenis tutup, dan lain-lain)

Bahan Isian (Packing)Bahan isian pada kolom absorber berguna untuk memperluas bidang kontak dan memperlama waktu kontak antara bahan yang akan dipisah MEA. Berbagai bahan isian dapat digunakan sebagai (packing). Pada kolom ini jenis packing yang digunakan adalah jenis raschig ring ceramic. Bentuk bahan isian ini dapat dilihat dalam pada Gambar 1.

Gambar 1. Raschig Ring (ceramic)2.5. Stripper (S-104)

Kolom stripper berfungsi untuk melepas gas CO2 dan H2S yang terikat dalam larutan MEA dan mengembalikan larutan MEA ke dalam kolom absorber. Stripper merupakan unit yang dipasang seri dengan unit absorber. Unit stripper berfungsi untuk meregenerasi penjerap (absorban) dengan prinsip memisahkan absorban dengan komponen yang terjerap. Pada unit stripper, absorban dan komponen yang terjerap dipisahkan dengan menginjeksikan steam sebagai agen pelucut. Larutan absorban-komponen terjerap, di pompakan dari arah atas kolom, sedangkan steam berupa gas di injeksikan dari arah bawah. Sehingga dengan demikian terjadi kontak antara steam dan larutan absorban-komponen yang terjerap. Untuk meningkatkan luas permukaan dan waktu kontak, maka di dalam menara diisi dengan tumpukan bahan isian (packing). Komponen yang terjerap, akan terlepas dari absorban, dan keluar sebagai gas dari bagian atas (top) kolom bersama dengan steam. Absorban, selanjutnya keluar dari arah bawah, untuk di regenerasi menuju absorber kembali.

Steam, merupakan agen pelucut yang berfungsi melepaskan CO2 dan H2S dari larutan senyawa MEA-CO2. Karena perbedaan tekanan antara steam dan larutan MEA-CO2, akhirnya CO2 terlepas dari larutan, dan keluar bersama dengan steam dari bagian top kolom dalam fasa gas. Sedangkan larutan MEA, menjadi murni, dan dikeluarkan melalui bagian bottom kolom dan selanjutnya diregenerasi kembali menuju kolom absorber. Jenis stripper yang digunakan adalah vertical packed column yang dilengkapi dengan bahan isian (packing) sebagai kontaktor (meningkatkan luas permukaan dan waktu kontak) di bagian dalam kolom, tutup atas dan bawah berupa torispherical. Ukuran packing yang digunakan ditentukan oleh jenis packing yang dipilih. Tebal dinding absorber ditentukan oleh tekanan operasi yang ditambah dengan faktor korosi. Proses pemisahan ini berlangsung pada suhu 130 oC dan tekanan 1,68 atm, sehingga material yang digunakan adalah Carbon Steel SA-212 Grade B. Dasar Perancangan Kolom

Dalam perancangan kolom stripper, beberapa tahapan yang harus dilakukan sebagai berikut (Coulson & Richardson):1. Penentuan jenis dan ukuran bahan isian

2. Penentuan dimensi (luas permukaan, diameter, dan tinggi kolom)

3. Perancangan fitur internal kolom (tebal, jenis tutup, dan lain-lain)

Bahan Isian (Packing)Kolom stripper merupakan sebuah kolom pemisah yang dilengkapi dengan bahan isian (packing). Bahan isian pada kolom stripper berguna untuk memperluas bidang kontak dan memperlama waktu kontak antara bahan yang akan dipisah dengan steam. Berabgai bahan isian dapat digunakan sebagai (packing). Namun, pada kolom stripper untuk unit pelepasan CO2 dan H2S dan regenerasi MEA ini digunakan bentuk pall ring jenis flexiring. Bentuk bahan isian ini dapat dilihat dari Gambar 2.

Gambar 2. Pall ring flexiring (ceramic)

Jenis pall ring flexiring, digunakan untuk unit stripper ini atas pertimbangan:

1. Luas permukaan, karena bentuk cincin dengan banyak rongga, menjadikan bentuk pall ring flexiring, memiliki luas permukaan yang lebih besar dibandingkan tipical cincin pejar maupun silinder. Semakin besar luas permukaan, proses stripping akan semakin efisien.

2. Bentuk cincin yang teratur, mempermudah dalam penyusunan packed dalam kolom secara keseluruhan.

3. Karena CO2 yang akan dipisahkan mulanya berada dalam fase liquid, maka bentukan pall ring dengan rongga terbuka dapat menurunkan pressure drop, sehingga daya tekan steam sebagai agen pelucut lebih rendah.

4. Jenis ring yang terbuat dari keramik, menjadikan bahan isian tahan terhadap kondisi suhu operasi yang tinggi.

5. Faktor harga, bahan isian jenis keramik, lebih murah dibandingkan bahan isian dari jenis metal. 2.6. Flash drum (S-105)

Flash drum berfungsi untuk memisahkan suatu fasa dalam keadaan setimbang menjadi fasa uap dan fasa cair dimana fasa uap dan fasa cair dalam keadaan kesetimbangan uap-cair. Flash drum berfungsi memisahkan metanol cair dan air dari gas dalam keadaan kesetimbangan gas-cair. Produk Amonia cair yang didapatkan memiliki kemurnian 99,4%.

Flash drum bekerja pada tekanan 78.5 atm. Bejana yang digunakan adalah jenis vertikal. Jenis Head yang digunakan adalah jenis torispherical karena head ini. Untuk jenis drum ini, waktu tinggal cairannya adalah sekitar 5-20 menit [Wallas, 1990] yang bertujuan untuk menjaga kontinuitas proses. Material yang digunakan untuk bejana adalah Carbon Steel SA 285 Grade C. Pemilihan material ini berdasarkan pada sifat bahan yang akan disimpan. Untuk pengelasan digunakan jenis double-welded butt joint agar pengelasan lebih kuat.

Dasar Perancangan Kolom

Dalam perancangan kolom absorber terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut (Coulson & Richardson):1. Penentuan dimensi (luas permukaan, diameter, dan tinggi kolom)

2. Perancangan fitur internal kolom (tebal, jenis tutup, dan lain-lain)2.7. Kolom Distilasi (S-105)Kolom Distilasi merupakan suatu separator yang berfungsi memisahkan air dari metanol. Prinsip kerja dari distilasi ini adalah berdasarkan volatilitas. Dengan adanya volatilitas antara fluida mengakibatkan metanol menguap, sedangkan air akan berada di bawah kolom. Proses pemisahan ini berlangsung pada suhu 67oC dan tekanan 1 atm, sehingga material yang digunakan adalah Carbon Steel SA 285 Grade A. Material ini dipilih karena murah, mudah dibentuk dan dapat digunakan untuk penanganan fluida kerja yang tidak terlalu korosif.Dasar Perancangan Kolom

Dalam perancangan kolom absorber terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut (Geankoplis):1. Penentuan jumlah tray2. Penentuan dimensi (luas permukaan, diameter, dan tinggi kolom)3. Perancangan fitur internal kolom (tebal, jenis tutup, dan lain-lain)

Bab 3. Spesifikasi PeralatanLEMBAR SPESIFIKASI SEPARATOR

Nama Alat DryerKode Alat RD-101

Jenis Rotary Dryer

KONDISI OPERASI

Temperatur 30 oC

Tekanan 1 atm

Waktu pengeringan0.0825 jam

MATERIAL KONSTRUKSI

Jenis materialCarbon Steel SA 283 Grade C

Allowable stress12650 psia

Jenis sambunganDouble welded butt joint

Efisiensi sambungan80%

Faktor korosi0.125

DIMENSI SEPARATOR

Jenis MaterialDiameterLuas Penampang Panjang

Carbon Steel SA 283 Grade C12.65412,72 m260.61 m

LEMBAR SPESIFIKASI SEPARATOR

Nama Alat Cyclone 1Kode Alat S-101

KONDISI OPERASI

Temperatur 871 oC

Tekanan 30 atm

Jumlah putaran0,169 putaran/detik

MATERIAL KONSTRUKSI

Jenis materialCarbon Steel SA 285 Grade C

Allowable stress10200 psia

Jenis sambunganDouble welded butt joint

Efisiensi sambungan80%

Faktor korosi0.125

DIMENSI SEPARATOR

Jenis MaterialDiameterVolumeTinggiInlet Duct

Carbon Steel SA 285 Grade C2.398 m8,629.592 m0.575 m2

LEMBAR SPESIFIKASI SEPARATOR

Nama Alat Cyclone 2Kode Alat S-102

KONDISI OPERASI

Temperatur 871 oC

Tekanan 30 atm

Jumlah putaran0,197 putaran/detik

MATERIAL KONSTRUKSI

Jenis materialCarbon Steel SA 285 Grade C

Allowable stress10200 psia

Jenis sambunganDouble welded butt joint

Efisiensi sambungan80%

Faktor korosi0.125

RISER SEPARATOR

Jenis MaterialDiameterVolumeTinggiInlet Duct

Carbon Steel SA 285 Grade C2.213 m7,34 m38,852 m0.489 m2

LEMBAR SPESIFIKASI SEPARATOR

Nama Alat AbsorberKode AlatS-104

FungsiMemisahkan CO2 dan H2S dari gas sintesa menggunakan Monoethanolamine (MEA) sebagai absorber

JenisVertical Column dengan tutup atas dan tutup bawah torispherical

Jumlah1 unit

SIFAT FISIK

Densitas Gas5,8456kg/m3

Densitas Cairan1016kg/m3

KONDISI OPERASI

Tekanan Operasi426,25Psia

Temperatur Operasi316,15K

Laju Alir Gas 18,45kg/s

Laju Alir Cairan2,1719kg/s

MATERIAL DAN DESAIN

Diameter dalam0,7 M

Tebal Shell 0,765In

Tebal Head0,65In

Tinggi Head8,30In

Tinggi Vessel4,27 M

Tinggi Total Tangki4,89M

Faktor Korosi0,125In

Allowable Stress17500Psia

Tekanan Disain468,875Psia

MaterialCarbon steels SA-212 Grade B

Jenis SambunganSingle welded butt joint

Efisiensi Sambungan80%

LEMBAR SPESIFIKASI SEPARATOR

Nama Alat Knockout DrumKode Alat S-102

Jenis Vertical column

KONDISI OPERASI

Temperatur 43 oC

Tekanan 29 atm

MATERIAL KONSTRUKSI

Jenis materialCarbon Steel SA 285 Grade A

Allowable stress11250 psia

Jenis sambunganDouble welded butt joint

Efisiensi sambungan80%

Faktor korosi0.125

DIMENSI SEPARATOR

BagianDiameterTinggi Tebal

Shell 1.85 m3.87 m2.25 in

Head (torispherical) 1.85 m0.52 m2.25 in

Bottom (torispherical) 1.85 m0.52 m2.25 in

Diameter pipa masuk 16 in

Diameter pipa keluar (top product) 25 in

Diameter pipa keluar (bottom product) 3.5 in

LEMBAR SPESIFIKASI ALAT SEPARATOR

Nama Alat AbsorberKode AlatS-104

FungsiMemisahkan CO2 dan H2S dari gas sintesa menggunakan Monoethanolamine (MEA) sebagai absorber

JenisVertical Column dengan tutup atas dan tutup bawah torispherical

Jumlah1 unit

SIFAT FISIK

Densitas Gas2,485478lb/ft3

Densitas Cairan63,21445lb/ft3

KONDISI OPERASI

Tekanan Operasi426,25Psia

Temperatur Operasi316,15K

Laju Alir Gas 25903.67194kmol/jam

Laju Alir Cairan28305.588kmol/jam

MATERIAL DAN DESAIN

Diameter dalam0,64 m

Tebal Shell 0,5in

Tebal Head0,41in

Tinggi Head0,22m

Tinggi Vessel5,073 m

Tinggi Total Bejana5,513 m

Faktor Korosi0,125in

Allowable Stress17500psia

Tekanan Disain468,875psia

MaterialCarbon steels SA-212 Grade B

Jenis SambunganSingle welded butt joint

Efisiensi Sambungan80%

LEMBAR SPESIFIKASI FLASH DRUM

Nama AlatFlash DrumKode AlatS-106

Jenis Top & BottomHemispherical

KONDISI OPERASI

Temperature323.15 oK

Tekanan 78.5 atm

DATA MEKANIK

Bagian Jenis material Diameter (in)Tinggi (in)Tebal(in)

ShellCarbon Steel SA 285 Grade C27,7683.292

Head & bottom Carbon Steel SA 285 Grade C27.7616.811

DIMENSI

Diameter 27.76 in

Tinggi Total 116.91 in

Sepesifikasi Penyangga

Tinggi skirt =2.96957116M

9.742569063Ft

h 1/2 =1.7M

5.57736Ft

D 1/2 =4.66957116M

15.31992906Ft

V = Pw X D1,2 X H1,20.705165387Lb

M = Pw X D 1,2 X H 1,2 X h 1/22.313506601ft lb

SPESIFIKASI ALAT

Nama Alat :Kolom DistilasiKode Alat : S-107

Fungsi :Pemurnian Metanol

Tipe :Sieve Tray Column

Kondisi Operasi

TopBottom

Tekanan Operasi1,2 atm1.5 atm

Temperatur 76,69 0C97.59 0C

Laju Alir methanol25214,65 m3/jam1327.09 m3/jam

Laju Alir air37.88 m3/jam5149.28 m3/jam

Densitas Gas1.15 kg/m31.89 kg/m3

Densitas Liquid744.21 kg/m3958.04 kg/m3

Material dan Design

TopBottom

Diameter4.03 m3,57 m

Tray Spacing0,6

Jumlah Tray17

Letak Umpan7

MaterialCarbon Steels 283 Grade C

Allowable Stress10350 Psi

Jenis SambunganDouble welded butt joint

Efisiensi Sambungan80 %

Faktor Korosi0,125 in

Tebal Shell5/16 in3/8 in

Jenis HeadTorispherical

Tebal Head7/16 in5/8 in

Tinggi Head0.81 in0.71 in

Total Tinggi Menara13.62 m

Plate

TopBottom

Downcomer Area1.53 m21.21 m2

Active Area9.69 m27.64 m2

Hole Diameter0,005 m

Hole Area0,969 m20,763 m2

Tinggi Weir0,05 m0,05 m

Tebal Plate0,005 m

Jumlah Hole4423

Jenis PenyanggaSkirt

Tinggi Penyangga5.5 m

Tebal Penyangga0,28 m

Prarancangan Pabrik Metanol dari Gasifikasi Tandan Kosong Kelapa Sawit Kapasitas 200.000 ton/tahun

By:CheckedApproved

Tafrikhatul WalidahEnang Novilya

Hade Karimata

Rendy Hidayat