bab ii diskripsi proses 2.1 spesifikasi bahan baku dan produkeprints.ums.ac.id/52366/12/bab...

Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun

Diskripsi Proses

Fitriyani Ariska Putri

D500110015

Universitas Muhammadiyah Surakarta 17

BAB II

DISKRIPSI PROSES

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.1.1 Spesifikasi bahan baku

a. Molasses

Bentuk : Cair

Warna : Kuning kecoklatan

pH : 5,5

Berat jenis : 1,47 g/cc

Komposisi

C12H22O11 : 53,77%

H2O : 10,95%

Ca(OH)2 : 0,89%

Impuritas : 34,39%

Abu : 12%

Nitrogen : 4,39%

Fruktosa : 10%

Glukosa : 8%

(PT Perkebunan Nusantara X)

b. Asam nitrat

Bentuk : Cair

Rumus molekul : HNO3

Berat jenis : 1,51 g/cc

Titik didih : 86

Titik lebur : -42

Panas pembakaran : -41,53 kkal/mol

Komposisi


Diskripsi Proses


D500110015


Asam nitrat : 65%

H2O : 35%

(PT Multi Nitrotama Kimia)

2.1.2 Katalis

i. Asam sulfat (H2SO4)

Rumus molekul : H2SO4

Berat molekul : 98,02 kg/mol

Sifat dan kenampakan : Korosif, cairan

Titik didih normal : 337

Kemurnian : 98%

Titik beku : -83,9

Spesifik grafity : 1,165

(PT Liku Telaga)

ii. Vanadium pentoksida

Rumus moleku : V2O5

Wujud : Powder (solid), tidak berbau

Berat molekul : 181 g/mol

Warna : Kuning – orange

Titik didih : 1750oC (3182

oF)

Titik lebur : 690oC (1274

oF)

Spesific gravity : 3,357

Komposisi

V2O5 : min 99%

Si : maks 0,15%

Fe : maks 0,2%

P : maks 0,03%

As : maks 0,01%

(Tiampeng manganese industri co.,Itd)


Diskripsi Proses


D500110015


2.1.3 Spesifikasi produk

Asam Oksalat Dihydrate

Rumus molekul : C2H2O4.2H2O

Berat molekul : 126,07 kg/kmol

Kenampakan : Kristal putih halus

Kadar : 99%

Densitas, d : 1,653 g/ml

Index reaktif, n : 1,475

Panas pembakaran, (18 ) : -1442 kJ/mol

Titik lebur : 101 - 102

(Kirck and Othmer, 1994)

2.2 Konsep Dasar

2.2.1 Dasar reaksi

Reaksi oksidasi molasses dan asam nitrat adalah sebagai berikut :

C2H12O6 + 6HNO3 3(COOH)2 + 6NO + 6H2O …..(2.1)

Molasses diproses terlebih dahulu untuk memisahkan molasses dari

impuritasnya, kemudian dimasukan ke dalam reaktor yang sebelumnya telah

mengalami pemanasan hingga suhu mencapai 71oC. Lalu, asam nitrat

ditambahkan kedalam reaktor secara perlahan. Setelah terjadi reaksi, produk

dari reaktor dimasukan ke dalam kristalizer. Produk yang berupa kristal asam

oksalat selanjutnya di lewatkan belt conveyor lalu masuk ke rotary dryer

untuk mengeringkan kristal asam oksalat.

2.2.2 Fase reaksi

Reaksi antara molasses dan asam nitrat menjadi asam oksalat

dilakukan pada fase cair–cair dengan bahan baku molasses dan asam nitrat

yang berbentuk liquid menjadi asam oksalat berbentuk dehydrate.


Diskripsi Proses


D500110015


2.2.3 Kondisi operasi

Produksi asam oksalat dengan proses oksidasi molasses dan asam

nitrat dilakukan dalam reaktor yang terbuat dari stainless steel yang

dilengkapi dengan pengaduk dan jaket pendingin. Reaksi pembuatan asam

oksalat beroperasi pada suhu 71oC dan tekanan 1 atm. Hal ini berdasarkan

pertimbangan bahwa reaksi pembentukan asam oksalat dari molasses dan

asam nitrat adalah reaksi eksotermis irreversible, dimana dengan kenaikan

suhu akan menurunkan konstanta kesetimbangan.

(Keyes, 1957)

2.2.5 Tinjauan kinetika

Dari segi kinetika, laju reaksi akan bertambah jika suhu dinaikkan. Hal

ini ditunjukan oleh hubungannya dalam persamaan Archenius :

k = Ae –E/RT

…..(2.2)

Dimana, k = konstanta laju rekasi

A = faktor tumbukan tingkat pencampuran zat – zat yang bereaksi

E = energi aktivasi

R = tetapan gas umum

T = suhu mutlak

Harga k akan mempengaruhi kecepatan reaksi yang ditunjukan dengan

persamaan berikut :

Reaksi : aA + bB cC + dD …..(2.3)

Sehingga : r = k.CA.CB …..(2.4)

Jika nilai konstanta laju reaksi (k) besar, maka harga laju reaksi (r)

yang dihasilkan akan besar pula, sehingga reaksi berjalan dengan cepat dan

juga sebaliknya. Oleh karena itu, ada faktor–faktor yang mempengaruhi harga

k dalam pembuatan asam oksalat, antara lain :


Diskripsi Proses


D500110015


a) Temperatur

Ditinjau dari hukum Archenius, bahwa suhu tinggi akan mempercepat

laju reaksi dan memperbesar nilai k. Untuk pembuatan asam oksalat,

suhu reaksi dijaga agar tidak semakin naik karena hal tersebut dapat

mempengaruhi tingkat viskositas.

b) Tingkat pencampuran

Dalam reaktor pembuatan asam oksalat, untuk memperbesar faktor

tumbukan atau meningkatkan homogenitas campuran maka reaktor

dilengkapi dengan pengaduk.

c) Konsentrasi

Semakin tinggi konsentrasi, maka molekul atau atom tumbukan yang

terkandung semakin banyak sehingga laju reaksi akan semakin cepat.

Hal tersebut dikarenakn tumbukan antar molekul tersebar. Harga

konsentrasi yang tinggi menghasilkan harga r yang besar.

2.2.5 Tinjauan termodinamika

Reaksi pembuatan asam oksalat yang terjadi adalah sebagai berikut:

C6H12O6 + 6HNO3 3C2H2O4 + 6NO + 6H2O …..(2.4)

G dan H untuk reaksi yang terjadi :

C6H12O6 + 6HNO3 3(COOH)2 + 6NO + 6H2O …..(2.5)

G = -RTlnK …..(2.6)

…..(2.7)

Keterangan :

= Energi bebas gips standar (T = 298K) = kkal/mol

= Panas reaksi = kkal/mol

= Konstanta kesetimbangan

T = Temperatur = 71oC

R = Tetapan gas = 1,987 kal/mol.K


Diskripsi Proses


D500110015


Tabel 2.1 Data dan masing – masing komponen

Komponen (kKal/mol) (kKal/mol)

C6H12O6 -217.6 -304.7323

HNO3 -19.1 -41.6109

C2H2O4 -166.81 -197.7055

NO 20.69 21.5703

H2O -56.687 -68.315

(Perry and Green, 1999)

= produk - reaktan

=

Dari hasil tersebut dapat diketahiu bahwa harga entalphi pembentukan negatif,

hal tersebut berarti reaksi bersifat eksotermis.

= produk - reaktan

=

=

Dari persamaan (2.6) dapat dicari konstanta kesetimbangan pada T = 298 K

Masuk dalam persamaan (2.7)


Diskripsi Proses


D500110015


Kesetimbangan reaksi untuk reaksi pembentukan asam oksalat adalah :

Dapat diambil kesimpulan dari harga K yang sangat besar bearti reaksi

irreversible.

2.2.6 Perbandingan Mol Reaktan

Perbandingan reaktan pada pembuatan asam oksalat dehydrate dengan

bahan baku molasses dan asam nitrat adalah 1 : 6.

(US Paten 2,057,119)

2.3 Diagram Alir Proses

2.3.1 Langkah proses

Pembuatan asam oksalat merupakan reaksi eksotermis yang dimana

bahan bakunya adalah molasses dan asam nitrat yang terdiri dari lima tahapan

proses, yaitu :


Diskripsi Proses


D500110015


1. Tahap persiapan bahan baku

2. Tahap reaksi pembentukan asam oksalat

3. Tahap pengkristalan asam oksalat

4. Tahap pengeringan asam oksalat dihydrate

5. Tahap pengemasan asam oksalat dihydrate

2.3.1.1 Tahap persiapan bahan baku

Bahan baku molasses disimpan dalam tangki penyimpanan (F-101).

Kapasitas tangki dibuat untuk persiapan persediaan molasses selama 15 hari

dengan kondisi operasi pada suhu kamar. Dan jumlah tangki penyimpanan

molasses ada 1 buah. Sebelum direaksikan, molasses dihidrolisis terlebih dahulu

dalam tangki molasses treatment (R-100) untuk mendapatkan monosakarida

(C6H12O6) dan memisahkan impuritasnya. Kemudian campuran C6H12O6 dan

impuritasnya dipisahkan menggunakan centrifuge (H-110) untuk mendapatkan

C6H12O6 yang benar–benar bebas dari impuritasnya.C6H12O6 dipompa ke

reaktor sebagai umpan.

Bahan baku asam nitrat disimpan dalam tangki penyimpanan (F-122).

Kapasitas tangki dibuat untuk persediaan selama 15 hari. Kemudian asam nitrat

dipompa ke reaktor sebagai umpan. Selain dari tangki penyimpanan, asam nitrat

didapatkan dari recovery gas nitrogen monosida yang dihasilkan dari reaksi

oksidasi glukosa dengan asam nitrat.

Katalis vanadium pentoksida disimpan dalam silo katalis (F-01).

Kapasitas silo katalis dibuat untuk persediaan 30 hari. Sebelum digunakan,

V2O5 dilarutkan dengan asam sulfat dalam tangki penampung mother liquor.

Bahan asam sulfat disimpan dalam tangki penyimpanan (F-05).

Kapasitas tangki dibuat untuk persediaan 15 hari. Lalu, asam sulfat dipompa ke

tangki penampungan mother liquor (TA-01) sebagai katalis. Dalam tangki

tersebut, asam sulfat dicampur dengan vanadium pentoksida dan juga sebagai


Diskripsi Proses


D500110015


katalis. Kebutuhan asam sulfat dan vanadium pentoksida selanjutnya hanya

untuk make-up saja.

Kondisi operasi penyimpanan bahan baku yaitu pada suhu 30oC dan

tekanan 1 atm.

2.3.1.2 Tahap reaksi pembentukan asam oksalat

Asam nitrat yang keluar dari tangki penyimpanan dan absorber dipompa

ke reaktor (R-01) untuk direaksikan dengan monosakarida (C6H12O6) yang

keluar dari centrifuge (CF-01) dan cairan induk (mother liquor) yang keluar dari

evaporator (V-01). Selain sisa reaktan, cairan induk yang keluar dari evaporator

terdiri dari campuran H2SO4 (asam sulfat) dan V2O5 (vanadium pentoksida)

yang digunakan sebagai katalis reaksi. Kondisi operasi reaktor pada suhu 71oC

dan tekanan 1 atm.

Dalam reaktor terjadi reaksi berikut :

Hasil reaksi berupa gas NO akan keluar melalui pipa pembuangan yang

terletak di bagian atas reaktor. Gas NO di roses lagi (recovery) menjadi asam

nitrat yang akan digunakan menjadi bahan baku. Gas NO dioksidasi dengan

udara sehingga menghasilkan gas NO2 dalam Plug Flow Reactor (Reaktor

pipa). Panas reaksi ( oksidasi gas NO dengan oksigen sebesar -57,1

kJ/mol. Udara dimasukan ke dalam heat exchanger (E – 01) dengan

menggunakan blower (G – 01) untuk menaikkan suhu menjadi 71oC. Kemudian

gas NO2 diserap dengan H2O sebagai solvent penyerap pada absorber. Kondisi

operasi di absorber adalah nonisotermal dimana suhu umpan gas pada 62,77oC

dan suhu umpan H2O 30oC.


Diskripsi Proses


D500110015


Hasil reaksi sebagai produk reaktor yang berupa asam oksalat dan

impuritas dialirkan menuju cooling crystallizer (S-01). Hasil reaksi tersebut

terdiri dari C2H2O4, H2SO4, V2O5, dan sisa reaktan.

2.3.1.3 Tahap Pengkristalan Asam Oksalat

Asam oksalat yang keluar dari reaktor dimasukan ke cryslalizer untuk

mengkristalkan asam oksalat menjadi asam oksalat dehydrate. Tipe kritalizer

yang digunakan adalah cooling crystallizer dan suhu yang keluar yaitu 40oC.

Kemudian campuran asam oksalat dehydrate dan cairan induk

dipisahkan dengan menggunakan centrifuge (H-140). Untuk mendapatkan

kemurnian asam oksalat yang tinggi, hasil kristal asam oksalat dicuci dengan air

dalam tangki redissolving (M-150). Sedangkan cairan induknya dipompa

menuju ke tangki mother liquor (M-190). Kemudian hasil produk dari tangki

redissolving dipisahkan dari cairan induknya menggunakan centrifuge (H-170).

Sedangkan untuk cairan induk dimasukan ke dalam tangki mother liquor. Dan

dari tangki penampungan, cairan induk dievaporasi untuk mengurangi jumlah

air dalam evaporator. Kemudian dikembalikan ke reaktor. Dan untuk hasil atas

evaporator di masukkan dalam menara distilasi (MD-01) untuk memurnikan

asam nitrat. Hasil atas dari menara distilasi di kondensasi kemudian dialirkan

menggunakan pompa (L-12) menuju reaktor. Untuk hasil bawah menara

distilasi dialirkan ke unit pengolahan limbah (UPL).

2.3.1.4 Tahap Pengeringan Asam Oksalat Dihydrate

Kristal asam oksalat dehydrate (C2H2O4.2H2O) yang keluar dari

centrifuge 3 (H-170) diumpankan ke rotary dryer (B-180) dengan

menggunakan belt conveyor (J–181) untuk dikeringkan. Pada rotary dryer

digunakan udara panas suhu 131oC yang telah dipanaskan menggunakan heat

exchanger (E–186). Udara yang keluar dari rotary dryer masih sedikit

mengandung asam nitrat, sehingga dimasukan ke unit pengolahan limbah.


Diskripsi Proses


D500110015


2.3.1.5 Tahap pengemasan asam oksalat dihydrate

Kristal C2H2O4.2H2O yang telah kering diangkut menggunakan bucket

elevator (J–171) kemudian dibawa ke bin produk (F–183). Selanjutnya

dilakukan pengemasan di unit pengemasan (gudang).

2.3.2 Diagram Alir Proses

Diagram alir proses dapat dilihat pada gambar 2.1

DIAGRAM ALIR KUALITATIF


Diskripsi Proses


D500110015


DIAGRAM ALIR KUANTITATIF


Diskripsi Proses


D500110015


2.4. Tabel Neraca Massa dan Neraca Panas

2.4.1. Neraca massa

2.4.1.1. Neraca massa total

Tabel 2.2 Neraca Massa Total Masuk

Komponen Input (kg/jam)

Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 7 Arus 12 Arus 19 Arus 20 Arus 25 Arus 27

C12H22O11 540,64675

C6H12O6

Ca(OH)2 8,94877

impuritas 345,78467

CaSO4

H2C2O4

H2C2O4.2H2O

H2O 110,10009 596,92013 0,24179 9,30982 1175,83584 0,22797 853,20876

H2SO4 11,84795 11,17052

HNO3 17,28967

V2O5 0,00237

NO

NO2

N2 1571,62450

O2 477,11475

Sub total 1005,48029 596,92013 12,08974 26,59949 1175,83584 11,39849 0,00237 2048,73925 853,20876

Total 5730,27437


Diskripsi Proses


D500110015


2.3 Tabel Neraca Massa Total Keluar

Komponen Output (kg/jam)

Arus 6 Arus 17 Arus 18 Arus 29 Arus 31

C12H22O11

C6H12O6 0,36256

Ca(OH)2

Impuritas 345,78467

CaSO4 16,44410

H2C2O4 1,72510

H2C2O4.2H2O 2132,68231

H2O 111,68194 0,48388 9,19376 1507,17000

H2SO4 11,17052

HNO3 0,03791 0,72037 7,05178

V2O5 0,00237

NO 1,90910

NO2 9,11744

N2 1571,62450

O2 3,11206

Sub total 473,91071 2146,46465 9,91413 1585,76310 1514,22178

Total 5730,27437


Diskripsi Proses


D500110015


2.4.1.2. Neraca massa masing–masing alat

a. Tangki Treatment Molasses

Tabel 2.4 Tabel Neraca Massa di Tangki Treatment Molasses

Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 4

C12H22O11 727,08397

H2O 148,06713 654,69564 0,32518 770,67306

C6H12O6

765,35244

Ca2+ 12,03468

Impuritas 465,02544

465,02544

H2SO4 15,93360

CaSO4

22,11470

Sub total 1352,21122 654,69564 16,25878 2023,16564

Total 2023,16564 2023,16564

b. Centrifuge 1

Tabel 2.5 Tabel Neraca Massa di Centrifuge 1


Arus 4 Arus 5 Arus 6

H2O 770,67306 768,46253 2,21053

C6H12O6 765,35244 765,26963 0,08281

impuritas 465,02544 465,02544

CaSO4 22,11470 22,11470

Subtotal 2023,16564 1533,73216 489,43348

Total 2023,16564 2023,16564


Diskripsi Proses


D500110015


c. Reaktor

Tabel 2.6 Tabel Neraca Massa di Reaktor


Arus 5 Arus 7 Arus 19' Arus 20' Arus 8 Arus 24

H2C2O4 894,94799

H2O 768,46253 864,84106 9,39020 2000,84792

H2SO4 460,11965 460,11965

HNO3 1606,13340 353,34750

C6H12O6 765,26963 168,35932

V2O5 0,04601 0,04601

NO 596,59402

Subtotal 1533,73216 2470,97446 469,50984 0,04601 3877,66839 596,59402

Total 4474,2625 4474,2624

d. Kristalizer 1

Tabel 2.7 Tabel Neraca Massa di Kristallizer 1


Arus 8 Arus 9

H2C2O4.2H2O 0,00000 1272,47942

H2C2O4 894,94799 8,94948

H2O 2000,84792 1614,36702

H2SO4 460,11965 460,11965

HNO3 353,34750 353,34750

C6H12O6 168,35932 168,35932

V2O5 0,04601 0,04601

Total 3877,66839 3877,66839


Diskripsi Proses


D500110015


e. Centrifuge 2



Arus 8 Arus 9

H2C2O4.2H2O 0,00000 1272,47942

H2C2O4 894,94799 8,94948

H2O 2000,84792 1614,36702

H2SO4 460,11965 460,11965

HNO3 353,34750 353,34750

C6H12O6 168,35932 168,35932

V2O5 0,04601 0,04601

Total 3877,66839 3877,66839

f. Tangki Redisolving

Tabel 2.9 Tabel Neraca Massa di Tangki Redisolving

Komponen Input (kg/jam) Output (kg/j)


H2C2O4.2H2O 1272,47942

H2C2O4 8,87908 917,66606

H2O 57,74229 1175,83584 1597,27057

H2SO4 66,64964 66,64964

HNO3 4,52437 4,52437

C6H12O6 2,16322 2,16322

V2O5 0,01414 0,01414

Sub total 1412,45215 1175,83584 2588,28799

Total 2588,28799 2588,28799


Diskripsi Proses


D500110015


g. Kristallizer 2

Tabel 2.10 Tabel Neraca Massa di Kristallizer 2


Arus 13 Arus 14

H2C2O4.2H2O 0,00000 2132,68231

H2C2O4 917,66606 48,06426

H2O 1597,27057 334,19006

H2SO4 66,64964 66,64964

HNO3 4,52437 4,52437

C6H12O6 2,16322 2,16322

V2O5 0,01414 0,01414

Total 2588,28799 2588,28799

h. Centrifuge 3




H2C2O4.2H2O 2132,68231 0,00000 2132,68231

H2C2O4 48,06426 46,33915 1,72510

H2O 334,19006 324,51242 9,67764

H2SO4 66,64964 55,47913 11,17052

HNO3 4,52437 3,76608 0,75829

C6H12O6 2,16322 1,80066 0,36256

V2O5 0,01414 0,01177 0,00237

Sub total 2588,28799 431,90922 2156,37878

Total 2588,28799 2588,28799


Diskripsi Proses


D500110015


i. Rotary dryer

Tabel 2.12 Tabel Neraca Massa di Rotary Dryer



H2C2O4.2H2O 2132,68231 2132,68231

H2C2O4 1,72510 1,72510

H2O 9,67764 0,48388 9,19376

H2SO4 11,17052 11,17052

HNO3 0,75829 0,03791 0,72037

C6H12O6 0,36256 0,36256

V2O5 0,00237 0,00237

Sub total 2156,37878 2146,46465 9,91413

Total 2156,37878 2156,37878

j. Mother Liquor Tank (MLT)

Tabel 2.13 Tabel Neraca Massa di MLT

Komponen Input (kg/jam) Output (kg/j)

Arus 10 Arus 15 Arus 19 Arus 20 Arus 21

H2C2O4.2H2O 0,00000 0,00000 0,00000

H2C2O4 0,07040 46,33915 46,40956

H2O 1556,62473 324,51242 0,22797 1881,36512

H2SO4 393,47000 55,47913 11,17052 460,11965

HNO3 348,82313 3,76608 352,58921

C6H12O6 166,19610 1,80066 167,99676

V2O5 0,03187 0,01177 0,00237 0,04601

Sub Total 2465,21624 431,90922 11,39849 0,00237 2908,52631

Total 2908,52631 2908,52631


Diskripsi Proses


D500110015


k. Evaporator

Tabel 2.14 Tabel Neraca Massa di Evaporator

Komponen Input (kg/Jam) Output (kg/jam)


H2C2O4 46,40956 46,40956

H2O 1881,36512 188,13651 1693,22861

H2SO4 460,11965 460,11965

HNO3 352,58921 0,00000 352,58921

C6H12O6 167,99676 167,99676

V2O5 0,04601 0,04601

Subtotal 2908,52631 862,70849 2045,81782

Total 2908,52631 2908,52631

l. Reaktor Pipa (Plug Flow Reactor)

Tabel 2.15 Tabel Neraca Massa di PFR



NO 596,59402 1,90910

O2 477,11475 160,05609

N2 1571,62450 1571,62450

NO2 911,74358

Subtotal 596,59402 2048,73925 2645,33328

Total 2645,33328 2645,33328


Diskripsi Proses


D500110015


m. Absorber

Tabel 2.16 Tabel Neraca Massa di Absorber


Arus 26 Arus 27 Arus 28 Arus 29

NO 1,90910 1,90910

O2 160,05609 3,11206

N2 1571,62450 1571,62450

NO2 911,74358 9,11744

H2O 853,20876 676,49154

HNO3 1236,28739

Sub Total 2645,33328 853,20876 1912,77894 1585,76310

Total 3498,54204 3498,54204

n. Menara Distilasi

Tabel 2.17 Neraca Massa di Menara Distilasi

Komponen input (kg/j) output (kg/j)


H2O 1693,22861 186,05861 1507,17000

HNO3 352,58921 345,53743 7,05178

Subtotal 2045,81782 531,59604 1514,22178

Total 2045,81782 2045,81782


Diskripsi Proses


D500110015


2.4.2 Neraca panas

a. Tangki Treatment Molasses

Tabel 2.18 Neraca Panas di Tangki Treatment Molasses

Komponen Qin(kJ/jam) Qout(kJ/jam)

C12H22O11 132455,9409

C6H12O6 658482,808

H2O 60985,78114 3904,41482

CaSO4 -1409,36916

H2SO4 4,54888

Ca(OH)2 148,2383398

Impuritas 5727,996074 5730,13871

Q pelarut -2963,247123

Q reaksi 864885,98495

Q pendingin 394537,25095

Q total 1061245,243 1061245,243

b. Centrifuge 1

Tabel 2.19 Neraca Panas di Centrifuge 1

Komponen Qin (kJ/jam) Qout (kJ/jam)

H2O 3904,41482 3904,4148

C6H12O6 658482,80786 658482,8079

impuritas 5730,13871 5730,13871

CaSO4 -1409,36916 -1409,36916

Total 666707,99224 666707,9922


Diskripsi Proses


D500110015


c. Reaktor

Tabel 2.20 Neraca Panas di Reaktor

komponen Q in (kJ/jam) Q out (kJ/jam)

arus 5 arus 7 arus 19 arus 20 arus 8

H2C2O4

0,188410461

H2O 3893,2157 4414,038932 47,92637211

10106,21952

H2SO4

131,3595011

320,7584696

HNO3 1168,15698

259,8988418

C6H12O6 658411,5577

6663124,964

V2O5

0,013511768 0,013484324

NO

-347,4092702

sub total 662304,7734 5582,195912 179,2858732 0,013511768 6673464,633

Q reaksi

7342368,57828

Q pembentukan 1336970,21352

Total 8010434,84702 8010434,84702

d. Kristalizer 1

Tabel 2.21 Neraca Panas di Kristallizer 1

komponen Qin (kJ/jam) Qout (kJ/jam)

arus 8 arus 9

H2C2O4.2H2O 0,00000 16,27005

H2C2O4 0,18841 0,00102

H2O 10106,21952 8200,12706

H2SO4 320,75847 185,94293

HNO3 259,89884 258,31258

C6H12O6 6663124,96404 144850,54270

V2O5 0,01348 0,01350

SubTotal 6673812,04277 153511,20984

Q krislalisasi 358322,6452

Q lepas 6878623,47817

Total 7032134,68800 7032134,68800


Diskripsi Proses


D500110015


e. Centrifuge 2



arus 9 arus 10 arus 11

H2C2O4.2H2O 16,27005 0,00000 16,27005

H2C2O4 0,00102 0,00001 0,00102

H2O 8200,12706 7906,82690 293,30016

H2SO4 185,94293 159,00856 26,93436

HNO3 258,31258 255,00507 3,30751

C6H12O6 144850,54270 142989,38722 1861,15548

V2O5 0,01350 0,00935 0,00415

SubTotal 153511,20984 151310,23711 2200,97272

Total 153511,20984 153511,20984

f. Tangki Redisolving

Tabel 2.23 Neraca Panas di Tangki Redisolving



H2C2O4.2H2O 16,27005

H2C2O4 0,00102

12,34950

H2O 293,30016 6001,31678 8081,21256

H2SO4 26,93436

39,15626

HNO3 3,30751

3,32175

C6H12O6 1861,15548

74446,21903

V2O5 0,00415

0,00414

SubTotal 2200,97272 6001,31678 82582,26325

Q pelarut 358322,6452

Q steam 432702,61898

Total 440904,90848 440904,90848


Diskripsi Proses


D500110015


g. Kristallizer 2

Tabel 2.24 Neraca Panas di Kristallizer 2


arus 13 arus 14

H2C2O4.2H2O 0,00000 27,26869

H2C2O4 12,34950 0,58737

H2O 8081,21256 1697,50801

H2SO4 39,15626 26,93436

HNO3 3,32175 3,30751

C6H12O6 74446,21903 1861,15548

V2O5 0,00414 0,00415

SubTotal 82582,26325 3616,76557

Q krislalisasi 600550,6699

Q pendingin 679516,16752

Total 683132,93310 683132,93310

h. Centrifuge 3




H2C2O4.2H2O 27,26869 0,00000 27,26869

H2C2O4 0,58737 0,56629 0,02108

H2O 1697,50801 1648,35075 49,15726

H2SO4 26,93436 22,42015 4,51421

HNO3 3,30751 2,75317 0,55434

C6H12O6 1861,15548 1549,22482 311,93065

V2O5 0,00415 0,00345 0,00070

SubTotal 3616,76557 3223,31864 393,44694

Total 3616,76557 3616,76557


Diskripsi Proses


D500110015


i. Rotary Dryer

Tabel 2.26 Neraca Panas di Rotary Dryer



H2C2O4.2H2O 27,26869 29,46435

H2C2O4 0,02108 0,02401

H2O 49,15726 2,43777 48,75548

H2SO4 4,51421 10,17748

HNO3 0,55434 0,02797 0,55934

C6H12O6 311,93065 311,93065

V2O5 0,00070 0,00069

SubTotal 393,44694 354,06292 49,31482

Q penguapan 15662,70618

Q steam 15672,63698

Total 16066,08392 16066,08392

j. Mother Liquor Tank (MLT)

Tabel 2.27 Neraca Panas di MLT



H2C2O4.2H2O 0,00000 0,00000 0,00000

H2C2O4 0,00001 0,56629 0,62294

H2O 7906,82690 1648,35075 134290,14205

H2SO4 159,00856 22,42015 2114,65104

HNO3 255,00507 2,75317 3601,89793

C6H12O6 2144840,80831 1549,22482 2025637,96315

V2O5 0,00935 0,00345 0,20257

SubTotal 2153161,65820 3223,31864 2165645,47969

Q steam 9260,50285

Total 2165645,47969 2165645,47969


Diskripsi Proses


D500110015


k. Evaporator

Tabel 2.28 Neraca Panas di Evaporator



H2C2O4 0,62294 0,62866

H2O 134290,14205 956,83604 8611,52435

H2SO4 2114,65104 1008,83156

HNO3 3601,89793 0,00000 19,43672

C6H12O6 2025637,96315 151746,79925

V2O5 0,20257 0,01346

Subtotal 2165645,47969 153713,10896 8630,96107

Q penguapan 4543255,40658

Q steam 2539953,99692

Total 4705599,47661 4705599,47661

l. Reaktor pipa (Plug Flow Reactor)

Tabel 2.29 Neraca Panas di PFR

Komponen Q in (kJ/jam) Q out (kJ/jam)


NO 630,5902712 63,27296088

O2 1449,041064 175,2391913

N2 499,4420013 1642,358232

NO2 587,0628642

Sub total 630,5902712 1948,483065 2467,933249

Q reaksi

1025705,078


Total 1028284,151 1028284,151


Diskripsi Proses


D500110015


m. Absorber

Tabel 2.30 Neraca Panas di Absorber

Komponen Q in (kJ/jam) Q out (kJ/jam)

arus 27 arus 28 arus 29 arus 30

NO 2,0247 -1,143543955

NO2 650,2047 6,506092763

HNO3 909,703421

N2 1642,3582 1641,380747

O2 146,9673 2,853661992

H2O 4354,669141 3415,665139

Subtotal 2441,5550 4354,669141 4325,36856 1649,596957

Q reaksi 462298,2323


Total 468273,1979 468273,1979

n. Menara Distilasi

Tabel 2.31 Neraca Panas di Menara Distilasi

Komponen Input (kJ/jam)

Output (kJ/jam)


H2O 324675,72 31187,66512 296051,0594

HNO3 37285,744 32016,01147 3778,867347

Sub total 361961,46 63203,6766 299829,9268

Qc 1793755,245

Qr 1794827,4

Total 2156788,8 2156788,849


Diskripsi Proses


D500110015


2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses

2.5.1. Tata letak pabrik

Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari

seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik yang meliputi tempat bekerja

karyawan, tempat peralatan, serta tempat penimbunan bahan baku dan produk.

Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan,

dan kelancaran kerja dari para karyawan serta keselamatan proses. Selain

peralatan proses, beberapa bangunan fisik lain seperti kantor, bengkel, poliklinik,

laboratorium, kantin, pemadam kebakaran, pos penjagaan, dan sebagainya

ditempatkan pada bagian yang tidak menganggu lalu lintas barang dan proses.

Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus

diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik antara lain:

1. Perluasan pabrik dan kemungkinan penambahan bangunan

Perluasan pabrik ini harus sudah masuk dalam perhitungan awal supaya

masalah kebutuhan tempat tidak timbul di masa yang mendatang. Area

khusus sudah harus disediakan untuk menambah kapasitas pabrik ataupun

untuk mengolah produksinya sendiri untuk menjadi produk lain.

2. Keamanan

Keamanan terhadap kemungkinan adanya bahaya kebakaran, ledakan, asap

atau gas beracun harus diperhatikan dalam penempatan alat-alat pengaman

seperti hidran dan penampung air yang cukup, tangki penyimpanan bahan

atau produk yang berbahaya harus diletakkan di area yang khusus serta perlu

adanya jarak antara bangunan. Hal ini dimaksudkan untuk memberikan

pertolongan dan jalan bagi karyawan untuk menyelamatkan diri.

3. Luasan area yang tersedia

Harga tanah merupakan faktor yang sangat menentukan kemampuan suatu

pabrik untuk menyediakan area tanah, pemakaian tempat disesuaikan dengan


Diskripsi Proses


D500110015


area yang tersedia, jika harga terlalu tinggi maka perlu efisiensi dalam

pemakaian ruangan hingga tak menutup kemungkinan peralatan tertentu

ditempatkan di atas peralatan yang lain atau lantai ruangan diatur sedemikian

rupa sehingga dapat menghemat waktu.

4. Instalasi dan utilitas

Pemasangan dan distribusi yang baik dari gas, udara, steam, dan listrik akan

membantu mempermudah kerja dan peralatannya, penempatan peralatan

proses sedimikian rupa sehingga petugas dengan mudah mencapainya dan

dapat menjamin kelancaran operasi.

Secara umum tata letak pabrik ini dapat dibagi menjadi 7 bagian utama.

(Vilbrandt dan Dryden, 1959)

1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol.

Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran

operasi. Laboratorium dan ruang kontrol merupakan pusat pengendalian

proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang

akan dijual.

2. Daerah proses.

Merupakan tempat alat-alat proses diletakkan dan proses berlangsung.

3. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk.

Merupakan daerah untuk tempat bahan baku dan produk.

4. Daerah pergudangan, bengkel, dan garasi.

Merupakan daerah yang digunakan untuk menampung bahan-bahan yang

diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.

5. Daerah utilitas.

Merupakan daerah di mana terjadi kegiatan penyedian sarana pendukung

proses.

6. Daerah fasilitas umum.


Diskripsi Proses


D500110015


Merupakan daerah penunjang segala aktivitas pabrik dalam pemenuhan

kepentingan pekerja seperti tempat parkir, tempat ibadah, klinik dan kantin.

7. Daerah pengolahan limbah.

Merupakan daerah pembuangan dan pengolahan limbah yang berasal dari

aktivitas pabrik. Daerah ini dibangun di tempat yang jauh dari bangunan

kantin, poliklinik, masjid dan daerah administrasi.

Adapun luas tanah sebagai bangunan pabrik seperti terlihat dalam table

berikut :

Tabel 2.32 Luas Bangunan Pabrik

No. Nama ukuran Luas

Bangunan (m) (m2)

1. Kantor 11 x 60 660

2. Poliklinik 25 x 20 500

3. Perpus&Aula 15 x 20 300

4. Tempat ibadah 15 x 10 150

5. Kantin&koperasi 20 x 10 200

6. Pos keamanan 2 (5 x 6) 60

7. Parkir umum 400

8. Pemadam kebakaran 10 x 10 100

9. Laboratorium 25 x 10 250

10. Bengkel 25 x 10 250

11. Daerah proses 60 x 35 2.100

12. Tangki bahan baku 291

13. Gudang 3 x 3 9

16. Unit utilitas 36 x 10 360

18. Ruang kontrol 10 x 11 110

19. Jalan & taman 1040

20. Ruang generator 32 x 10 320

21. Area perluasan 2000

22. Garasi 500

JUMLAH 9600


Diskripsi Proses


D500110015


Tata letak pabrik Asam Oksalat Dihidrat dari Molasses dan Asam Nitrat pada

gambar dibawah ini :

11

18 98

20

5247

1

10

3

1214

15

13

17

16

6

Skala: 1 : 1000

19

P-308

Skala: 1:1.000

Keterangan

1. Kantor 11. Area Proses

2. Poliklinik 12. Gudang Bahan Baku

3. Perpustakaan dan Aula 13. Gudang Produk

4. Masjid 14. Gudang Bahan Kimia

5. Kantin dan Koperasi 15. Gudang Pengemasan


Diskripsi Proses


D500110015


6. Pos Keamanan 16. Utilitas

7. Parkir 17. Mess

8. Pemadam Kebakaran 18. Ruang Kontrol

9. Laboratorium 19. Jalan dan Taman

10. Bengkel 20. Area Perluasan

Gambar 2.1 Tata Letak Pabrik

2.5.2. Tata letak peralatan proses

Dalam perancangan tata letak proses ada beberapa hal yang harus

diperhatikan, yaitu:

1. Aliran bahan baku dan produk

Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan

keuntungan ekonomis yang besar, serta menunjang kelancaran dan

keamanan produksi. Perlu juga diperhatikan penempatan pipa, dimana

untuk pipa diatas tanah perlu dipasang pada ketinggian tiga meter atau

lebih, sedangkan untuk pemipaan pada permukaan tanah diatur

sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu lalu lintas bekerja.

2. Aliran udara

Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses perlu diperhatikan supaya

lancar. Hal ini bertujuan untuk menghindari stagnasi udara pada suatu

tempat yang dapat mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang

berbahaya, sehingga dapat membahayakan keselamatan pekerja. Juga

perlu diperhatikan arah hembusan angin.

3. Cahaya

Penerangan seluruh pabrik harus memadai pada tempat-tempat proses

yang berbahaya atau beresiko tinggi.


Diskripsi Proses


D500110015


4. Lalu lintas manusia

Dalam hal perancangan tata letak peralatan perlu diperhatikan agar

pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah. Jika

terjadi gangguan alat proses maka harus cepat diperbaiki, selain itu

keamanan pekerja selama menjalankan tugasnya perlu diprioritaskan.

5. Tata letak alat proses

Dalam menempatkan alat-alat proses pada pabrik diusahakan agar dapat

menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi

pabrik sehingga dapat menguntungkan dari segi ekonomi.

6. Jarak antar alat proses

Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan tinggi sebaiknya

dipisahkan dari alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau

kebakaran pada alat tersebut tidak membahayakan alat proses lainnya.

Tata letak alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga :

Kelancaran proses produksi dapat terjamin.

Dapat mengefektifkan penggunaan luas lantai.

Biaya material dikendalikan agar menjadi rendah, bertujuan untuk

mengurangi pengeluaran kapital yang tidak penting.

Jika tata letak peralatan proses sedemikian rupa sehingga urutan

proses produksi lancar, maka perusahaan tidak perlu untuk memakai

alat angkut dengan biaya mahal.

Karyawan mendapatkan kepuasan kerja.

Tata letak peralatan pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari molasses dan asam

nitrat dapat dilihat pada gambar berikut :


Diskripsi Proses


D500110015


Tangki molassesTangki

treatment molasses

Tangki asam nitrat

Tangki as.sulfat

Reaktor

Criztallizer

CF

Rotary dryer

MLT

EVMD

BIN Produk

Cristallizer

WHB

ABS

BIN V2O5

Gambar 2.2 Tata Letak Peralatan Proses

PROCESS ENGINEERING FLOW DIAGRAM

PRARANCANGAN PABRIK ASAM OKSALAT

DIHIDRAT DARI MOLASSES DAN ASAM NITRAT

DENGAN KAPASITAS 17.000 TON/TAHUN

F-110

Molasses

LC

E-75

30

1

E-76V-63

E-102

E-94

LI

V-65

1

71

5

Molasses truck

1

71

1

HW

E-91

LC

TC

C W

F-120

Tangki asam

sulfat

30

1

H2SO4 truck

L

C

V-64

F-130

Tangki asam nitratLC

FC

F

C

3

71

1

7

71

1

1

9

50

1

10

50

1

11

50

L

C

1

13

65

UPL

Unit

Pengemasan

Bin

produk

B - 01

1

18

67

CF - 03

CF - 02

MLT - 01

FC

S - 01

SC - 01

1

19

30

FC

TC

1

20

30

LC

MD - 01

PC

PC

1

25

71

T

C

E-81

LC

UPL

1

27

60.67

V-44

FC

E-101PU - 01

PW

V-41

S-69FC

2

1

30

V-39

FC

1

12

30

1

6

60

PC

S-64

CW

CD - 01

TC

Acc - 01 LC

1

71

31

93.17

1.1

TC

UPL

23

98.84

1

22

98.84

1

32

100.7

1

1 72.7 29

30

1

V-55

TC

S

C

1

17

50

C

V-51

TC

S

Udara

1

131

Udara

E-83

E-87

26

5,9

71

V-62

S

TC

C

P-170

P-154

P-171

V-58

TCS-65

C

S

TC

V-45

C

S

B C- 01

1

14

50

1

16

50

1

15

50

UPL

C : Condensate

CW : Cooling water

FC : Flow controller

HW : Hot water

LI : Level indicator

S : Steam

TC : Temperature

controller

UPL : Unit pengolahan

limbah

WC : Weight controller

KETERANGAN :

D : Rectification

Column

E : Heat exchanger

F : Tangki, Silo,

Collecting

Tank, Accumulator

H : Decanter

M : Mixer, Neutralizer

L : Pompa

R : Reaktor

V : Evaporator

JURUSAN TEKNIK

KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS

MUHAMMADIYAH

SURAKARTA

2017

PRARANCANGAN

PABRIK ASAM

OKSALAT DIHYDRAT

DARI MOLASSES

DAN ASAM NITRAT

17.000 TON/TAHUN

Dirancang oleh:

FITRIYANI ARISKA P

D500110015

Dosen Pembimbing:

1. Ir. Ahmad M. Fuadi, M.T.,

Ph.D

2. Emi Erawati, S.T., M.Eng

: NOMOR ARUS

: TEKANAN

: TEMPERATUR

V-66

: CONTROL

VALVE

: ELEKTRIKS-79

: PNEUMATIKS-78

HNO3 truck

E-106

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

C12H22O11 540,65

C6H12O6 569,10 569,10 168,36 168,36 166,20 2,16 2,16 2,16 1,80 0,36 0,36

Ca(OH)2 8,95

impuritas 345,78 345,78 345,78

CaSO4 16,44 16,44

H2C2O4 894,95 8,95 0,07 8,88 917,67 48,06 46,34 1,73 1,73

H2C2O4.2H2O 1272,48 1272,48 2132,68 2132,68 2132,68

H2O 110,10 596,92 0,24 0,24 571,48 111,68 9,31 2000,85 1614,37 1556,62 57,74 1175,84 1597,27 334,19 324,51 9,68 0,48

H2SO4 11,85 460,12 460,12 393,47 66,65 66,65 66,65 55,48 11,17 11,17

HNO3 17,29 353,35 353,35 348,82 4,52 4,52 4,52 3,77 0,76 0,04

V2O5 0,05 0,05 0,03 0,01 0,01 0,01 0,01 0,00 0,00

NO

NO2

N2

O2

Total 1005,48 596,92 12,09 931,57 1140,58 473,91 26,60 3877,67 3877,67 2465,22 1412,45 1175,84 2588,29 2588,29 431,91 2156,38 2146,46

KomponenArus (kg/jam)

18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

168,00 168,00

46,41 46,41

9,19 0,23 1881,37 188,14 1693,23 853,21 676,49 186,06 1507,17

11,17 460,12 460,12

0,72 352,59 352,59 1236,29 345,54 7,05

0,00 0,05 0,05

596,59 1,91 1,91

911,74 9,12

1571,62 1571,62 1571,62

477,11 160,06 3,11

9,91 11,40 0,00 2908,53 862,71 2045,82 596,59 2048,74 2645,33 853,21 1912,78 1585,76 531,60 1514,22

bab ii diskripsi proses 2.1 spesifikasi bahan baku dan produkeprints.ums.ac.id/52366/12/bab...

Documents