makalah pengendalian proses

HP STRIPPER (HIGH PRESSURE STRIPPER)

Alat ini berada pada unit sintesa urea di pabrik urea PT. Pupuk Kaltim. Dalam

sintesa urea, reaksi pembentukan urea di reaktor tidak berlangsung sempurna.

Akibatnya produk yang keluar reaktor masih mengandung ammonium carbamate yang

belum terkonversi menjadi urea serta terdapat kelebihan NH3. Kedua produk

sampingan ini harus dipisahkan dari larutan urea yang dihasilkan. Untuk memisahkan

reaktan ini, dilakukan stripping dengan menggunakan gas CO2 dalam alat yang

bernama High Pressure Stripper.

Alat ini merupakan shell and tube exchanger yang terdiri dari 2560 tube type

straight dengan outside diameter 31 mm dan inside dimeter shell 2300 mm. Fluida

shell side adalah steam dengan flow 54900 kg/jam dan temperatur 214 oC, sedang

fluida tube side adalah sistem larutan urea – gas CO2.

a) Filosofi Proses

Larutan urea dari reaktor pada suhu ±183 oC dikontakkan dengan gas CO2 pada

suhu ±120 oC secara counter current. Urea mengalir turun membasahi sepanjang

dinding tube mebentuk lapisan tipis (film), dan gas CO2 yang masuk dari bawah

menstripping ammonium carbamate yang terurai menjadi gas CO2 dan NH3 karena

bantuan steam untuk dikembalikan ke HPCC (High Pressure Ammonium Carbamate

Condenser). Sedangkan urea yang mengandung sedikit ammonium carbamate

meninggalkan HP stripper pada temperatur ±165 oC menuju unit resirkulasi, sedang

campuran gas yang sebagian besar mengandung CO2 menuju bagian atas HP stripper

pada temperatur ±187 oC menuju HPCC.

Karena reaksi penguraian ammonium carbamate menjadi gas CO2 dan NH3

merupakan reaksi endotermis, maka alat ini juga memerlukan panas. Panas di supplai

dari luar (berupa steam), panas ini juga untuk menjaga agar larutan tetap pada titik

didihnya serta untuk menguraikan ammonium carbamate menjadi CO2 dan NH3. Akibat

aliran gas CO2 yang bersinggungan dengan lapisan film larutan pada dinding tube akan

membantu penguraian ammonium carbamate menjadi CO2 dan NH3, dengan demikian

dapat mengurangi pemakaian steam dalam penguraian di HP stripper, sehingga

mengurangi resiko terbentukya biuret.

b) Pengendalian Proses

Di bagian bawah HP stripper, kondisinya sangat sesuai untuk berlangsungnya

hidrolisa urea dan pembentukan biuret, karena bersuhu tinggi dan konsentrasi

ammonium carbamate rendah. Untuk mengurangi resiko terbentunya biuret, selain

dengan pendinginan oleh gas CO2, dapat juga dilakukan dengan menjaga level steam

kondensat di shell side HP stripper. Penjagaan level dilakukan dengan mengontrol

suhunya, jika suhunya di atas 165 oC maka valve akan membuka dan steam akan

keluar sehingga temperatur bagian bawah stripper tetap 165 oC. Akibatnya, transfer

panas dapat dikurangi sehingga resiko terbentuknya biuret bisa dihindari.

c) Variable Process :

Set Point : Temperatur

Process Varible : Level

Manipulated Variable : Laju Alir ( Control Valve )

Disturbance : Steam yang masuk

d) Gambar Unit

e) Gambar Alat

RECTIFYING COLUMN

ammoniumcarbam

Alat ini terdapat pada unit resirkulasi pada pabrik urea di PT. Pupuk Kaltim. Alat ini

berupa separator yang berfungsi sebagai pemisah urea (55%) yang keluar dari HP

Stripper dari ammonium carbamate dengan cara menguraikannya menjadi CO2 dan

NH3. Bagian atas alat ini berupa separator, dan bagian bawahnya berupa heater.

a) Filosofi Proses

Hasil reaksi pembentukan urea di unit sintesa urea, menghasilkan urea dengan

kadar 55% saja. Sisanya berupa larutan ammonium carbamate dan air. Di unit

resirkulasi ini, urea dibersihkan dari reaktan yang tidak terkonversi (ammonium

carbamate) dan produk lain (air). Alat utama pada unit ini adalah rectifying column.

Pertama-tama laruttan urea 55% dari unit sintesa dimasukkan ke rectifying column

bagian atas. Sebelum masuk, tekanan larutan tekanan diturunkan secara tiba-tiba dari

145 – 160 kg/cm2 menjadi 4,2 kg/cm2. Selanjutnya larutan di spray di bagian atas

rectifying column. Sesuai dengan reaksi pembentukan ammonium carbamate, sebagai

berikut :

2NH3 + CO2 NH2COONH4 + Q ......... (*)

Maka, bila tekanan diturunkan kesetimbangan akan bergeser ke daerah yang

memiliki koefisien lebih besar, dalam hal ini CO2 dan NH3. Artinya, jika tekanan

diturunkan, maka ammonium carbamate yang tidak terkonversi di unit sintesa akan

terurai menjadi CO2 dan NH3 dalam fase gas yang akan langsung menuju ke Low

Pressure Carbamate Condenser (LPCC). Pada tahap ini juga terdapat air yang teuapkan

dan ikut ke LPCC bersama den gan CO2 dan NH3.

Selain penurunan tekanan, pemurnian urea 55% juga dilakukan dengan

menggunakan heater yang terdapat di bagian bawah rectifying column. Setelah

larutan masuk melalui bagian atas rectifying column, larutan akan bergerak turun

menuju bagian bawah, yaitu heater. Sesuai dengan reaksi (*), maka dengan

pemanasan maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaktan, sehingga ammonium

carbamate yang masih tersisa akan terurai menjadi CO2 dan NH3 diikuti dengan

penguapan air yang tersisa. CO2, NH3, dan uap air ini kemudian menyusul ke LPCC.

Selanjutnya, larutan urea yang telah menjadi lebih pekat dikirim/masuk ke flash tank.


Unit resirkulasi menggunakan tekanan sebesar 4,2 kg/cm2 absolut dan temperature

larutan yang keluar rectifying column dijaga 130 – 140 oC. Jika temperatur terlalu

rendah, maka banyak ammonia (NH3) hasil penguraian ammonium carbamate

bukannya masuk ke LPCC tapi malah ikut dengan urea masuk ke flash tank. Namun,

bila temperatur terlalu tinggi (>140 oC), maka akan semakin banyak air yang ikut ke

LPCC dan akan terbentuk biuret.

Biuret adalah hasil samping yang tidak diinginkan dari reaksi pembentukan urea.

Reaksinya adalah sebagai berikut :

2NH2CONH2 NH2CONHCONH2 + NH3 - Q

Biuret akan selalu terbentuk dalam pembentukan urea, sehingga tidak bisa dihindari.

Karena biuret merupakan racun bagi tanaman, maka kandungan biuret dalam urea

untuk keperluan pertanian harus dijaga serendah mungkin (maksimal 1%). Dari reaksi

pembentukan biuret di atas, terlihat bahwa biuret mudah terbentuk dalam kondisi

sebagai berikut :

Konsentrasi urea tinggi

Konsentrasi ammonia rendah

Temperatur tinggi



Process Variable : Steam masuk

Manipulated Variable : Laju alir steam

Disturbance : Temperatur dalam steam

d) Gambar Unit

ure biure

e) Gambar Alat

FLASH TANK

Flash tank merupakan alat yang terletak setelah rectifying column pada unit

resirkulasi. Flash tank memiliki dua fungsi, yang pertama adalah sebagai pengatur

level. Dan yang kedua adalah sebagai separator yang memisahkan ammonium

carbamate yang belum terurai di rectifying column menjadi CO2 dan NH3 dengan cara

menurunkan tekanan (flashing) dari 4,2 kg/cm2 menjadi 0,45 kg/cm2 (vakum).

a) Filosofi Proses

Setelah larutan urea mangalami dua tahap pemurnian di rectifying column, urea

yang sudah menjadi lebih murni di masukkan ke flash tank dan kembali mengalami

penurunan tekanan dari 4,2 kg/cm2 menjadi vakum. Karena adanya penurunan

tekanan ini, maka sisa ammonium carbamate yeng tidak terurai di rectifying column

akan terurai di sini. Penurunan tekanan ini terjadi di valve sebelum flash tank. Akibat

dari penurunan tekanan, kadar urea meningkat dari 55% menjadi 75% – 76%. Larutan

yang keluar dari flash tank turun secara gravitasi ke Urea Storage Tank (UST). Urea ini

terdiri dari 75% - 76% urea, dan sisanya air serta sedikit CO2 dan NH3.


Di flash tank, tekanan sangat mempengaruhi temperatur larutan. Jadi, dengan

adanya penurunan tekanan menjadi vakum, otomatis temperatur akan turun.

Temperatur awal saat larutan keluar dari rectifying column 130 – 140 oC turun menjadi

87 – 90 oC. Temperatur harus dipertahankan dalam range tersebut. Karena bila

temperatur berada di bawah range akan terjadi kristalisasi. Dan jika temperatur berada

di atas range, maka akan terbentuk biuret. Inilah gunanya tekanan dibuat vakum. Yang

berakibat turunnya temperatur. Karena, pada tahap akhir pemrosesan urea,

kecenderungan terbentuknya biuret sangat besar akibat kondisinya optimalnya

terpenuhi. Hal ini dapat dikurangi dengan memprosesnya di bawah kondisi vakum.

Karena kondisi vakum akan menurunkan titik didih sehingga temperatunya juga lebih

rendah. Ini akan mengurangi jumlah biuret yang terdapat pada urea.


Set Point : Temperature

Process Variable : Tekanan

Manipulated Variable : Control Valve

Disturbance : Urea yang keluar dari flash tank

d) Gambar Unit

e) Gambar Alat

EVAPORATOR

Alat ini berada pada unit evaporasi yang terletak setelah unit resirkulasi di pabrik urea

PT. Pupuk Kaltim. Evaporator adalah suatu peralatan yang berfungsi memisahkan uap

air dengan larutannya sehingga larutan menjadi lebih pekat. Bagian bawahnya berupa

heater dan bagian atasnya berupa separator.

a) Filosofi Proses

Evaporator ini di operasikan pada tekanan dan temperatur yang rendah untuk

memekatkan urea keluaran dari unit resirkulasi dari 75% – 76% menjadi 99,7%.

Penurunan tekanan (menjadi vakum) diperoleh dengan menggunakan sistem

kondensor dan ejector.

Kondensor adalah alat yang berfungsi mengkondensasikan gas

menggunakan cooling water.

Ejector adalah perealatan yang berfungsi membuat sistem menjadi vakum.

Dari sifat fisis larutan urea, maka untuk memekatkan urea menjadi 99,7%

digunakan dua tingkat evaporator. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya

kristalisasi urea. Di unit ini terdapat dua step :

ü Evapotator tingkat 1 (first stage evaporator)

Larutan dipanaskan menjadi 130 – 135 oC (di heater) dengan tekanan 0,35 – 0,4

kg/cm2 (vakum).

ü Evaporator tingkat 2 (second stage evaporator)

Temperatur larutan dijaga maksimal 140 oC (di heater) dengan tekanan

diturunkan menjadi 0,035 kg/cm2 (vakum).

Larutan yang mengandung 75 – 76% urea dari urea storage tank dipompa ke first

stage evaporator yang beroperasi pada tekanan vakum 0,35 kg/cm2 dan masuk ke

heater yang bertemperatur 130 – 135 oC. Akibatnya air dalam larutan akan menguap.

Larutan kemudian dipisahkan, gas/uap air masuk ke separator sehingga terpisah dari

larutannya.

Karena tekanan pada second stage evaporator lebih rendah dari first stage

evaporator, maka larutan mengalir secara alami ke second stage evaporator dimana

temperatur larutan dinaikkan dan dijaga konstan 140 oC. Sama seperti di first stage

evaporator, air dalam larutan akan kembali menguap dan masuk ke separator. Larutan

yang keluar dari second stage evaporator berupa urea melt (bubur) dengan

konsentrasi 99,7% yang selanjutnya di pompa ke bagian atas prilling tower untuk

proses selanjutnya.

Penurunan tekanan yang diikuti pemanasan pada dasarnya akan menyebabkan air

yang berada dalam larutan menguap. Yang perlu diperhatikan di sini adalah bila

tekanan awal evaporator langsung diturunkan menjadi 0,035 kg/cm2, maka larutan

akan langsung mengkristal, akibatnya urea mengkristal sebelum waktunya ini tidak

bisa dikirim ke prilling tower. Selain itu, kristal urea juga akan membuntu pada pipa

dan peralatan pada unit ini. Inilah sebabnya maka digunakan dua tingkat evaporator

dengan menurunkan tekanan secara bertahap sampai 0,035 kg/cm2.

Resiko dari alat ini adalah terbentuknya biuret, karena selama proses evaporasi

larutan dipanaskan. Namun, pembentukan biuret ini dapat diminimalisasi dengan

penurunan tekanan, yang disamping untuk membantu menguapkan air, juga agar

panas yang digunakan penguapan tidak banyak sehingga resiko pembentukan biuret

dapat ditekan.


Tekanan first stage evaporator dijaga 0,35 – 0,4 kg/cm2 dan temperatur juga dijaga

135 – 140 oC. Jika tekanan lebih besar lagi, maka konsentrasi urea akan berkurang (air

yang menguap sedikit) yang mengakibatkan second stage evaporator terbebani

(overload) dan ada resiko terbentuk biuret. Namun, jika tekanan lebih rendah,

temperatur juga ikut turun dan mengakibatkan kristalisasi.

Seperti halnya first stage evaporator, tekanan dan temperatur second stage

evaporator juga dijaga 0,035 kg/cm2 dan 140 oC.



Process Variable : Steam masuk

Manipulated Variable : Laju alir steam

Disturbance : Temperatur dalam steam

d) Gambar Unit

e) Gambar Alat

makalah pengendalian proses

Documents