pabrik asam nitrat dari amoniak dengan proses oksidasi

TUGAS AKHIR – TK 090324

PABRIK ASAM NITRAT DARI AMONIAK DENGAN

PROSES OKSIDASI

Indira Tri Hastari NRP. 2311 030 003 EMMAZA KHARISMA L. NRP. 2311 030 006 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Danawati Hari Prajitno, M.Pd

PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014

TUGAS AKHIR – TK 090324

NITRIC ACID PLANT OF AMMONIA BY USING

OXIDATION PROCESS

Indira Tri Hastari NRP. 2311 030 003 EMMAZA KHARISMA L. NRP. 2311 030 006 Guide Lecture Prof. Dr. Ir. Danawati Hari Prajitno, M.Pd

CHEMICAL ENGINEERING DIPLOMA III STUDIED PROGRAM Faculty of Industry Technology Sepuluh Nopember Technological Institute Surabaya 2014

vi

PABRIK ASAM NITRAT DARI AMONIA DENGAN PROSES OKSIDASI

Nama Mahasiswa : Indira Tri Hastari (2310030003) : Emmaza Kharisma L. (2310030006) Program Studi : D III Teknik Kimia FTI - ITS Dosen Pembimbing : Prof.Dr.Ir.Danawati H.P, M.Pd Abstrak

Asam nitrat (HNO3) adalah sejenis cairan korosif yang tak berwarna dan merupakan asam beracun yang dapat menyebabkan luka bakar. Kegunaannya sangat dibutuhkan di dunia Industri kimia, diantaranya dapat digunakan untuk proses pemurnian logam, sebagai bahan baku pembuatan bahan-bahan peledak seperti TNT dan digunakan dalam proses desain barang-barang berbahan tembaga, perunggu dan kuningan. Berdasarkan ketersediaan amonia yang merupakan bahan baku utama, maka Pabrik asam nitrat didirikan di Gresik, Provinsi Jawa Timur.

Pembuatan asam nitrat dari amonia dengan proses oksidasi. Udara dikompresikan sampai tekanan 10 atm dan bertemperatur 2700C. Amonia diuapkan dalam penguap steam dan selanjutnya dicampurkan dengan udara yang sudah dikompresi. Campuran antara udara dan amonia dimasukkan ke dalam coverter yang berisi katalis platina berbentuk gauze/kasa.Pada reaksi ini konversi amonia menjadi NO mencapai 95%. Hasil Nitric Oxide (NO) kemudian direaksikan dengan oksigen supaya terbentuk asam nitrat yang konsentrasinya 65%. Untuk memekatkan hasil, gas NO2 masuk di kolom absorber bagian bawah pada suhu 62 ˚C. Di dalam kolom absorber, air demineralisasi ditambahkan pada bagian paling atas pada suhu 30 ˚C, sedangkan asam lemah (weak acid) dimasukkan pada bagian tengah absorber. Hasil akhir berupa penyerapan asam nitrat dengan kadar 60 %.

Pabrik ini beroperasi secara kontinyu selama 330 hari/tahun;24 jam/hari dengan kapasitas produksi 72727,27 kg/hari.Dengan bahan baku yang dibutuhkan yakni,ammonia sebesar 12655,56 kg/hari dan kebutuhan udara sebesar 226878,42 kg/hari. Kebutuhan utilitasnya adalah air sanitasi sebesar 52,56 m3/hari,air pendingin sebesar 1612,513 m3/hari,air proses sebesar 17,2044 m3/hari dan air umpan bolier sebesar 60,914 m3/hari. Berdasarkan ketersediaan amonia yang merupakan bahan baku utama, maka Pabrik asam nitrat didirikan di Gresik, Provinsi Jawa Timur.

Kata kunci: Amoniak, Asam nitrat, Proses Oksidasi

vii

NITRIC ACID PLANT OF AMMONIA BY USING OXIDATION

PROCESS

Name : Indira Tri Hastari (2311030003) : Emmaza Kharisma L (2311030006) Department : D III Teknik Kimia FTI - ITS Supervisor : Prof. Dr.Ir.Danawati H.P, M.Pd Abstract

Nitric acid (HNO3) is a corrosive liquid and poisonous acid which can cause burns. Its usefulness is needed in the world chemical industry, which can be used for metal refining process, as a raw material for making explosives such as TNT and used in the design process goods made from copper, bronze and brass. Based on the availability of ammonia which is the main raw material, then the nitric acid plant was established in Gresik, East Java.

Manufacture of ammonia with nitric acid oxidation process. Air is compressed until the pressure of 10 atm and temperature 270˚C. Ammonia was evaporated in a steam vaporizer and further mixed with air that has been compressed. Mixture of air and ammonia incorporated into the catalyst containing platinum coverter shaped gauze. Pada reaction of ammonia to NO conversion reached 95%. Results of Nitric Oxide (NO) is then reacted with oxygen to form nitric acid so that the concentration is 65%. To concentrate the results, NO2 gas entering at the bottom of the absorber column at a temperature of 62°C. In the absorber column, demineralized water is added at the very top at a temperature of 30° C, while the weak acid (a weak acid) is inserted at the center of the absorber. Final result of the absorption of nitric acid with 60% concentration.

The plant operated continuously for 330 days/year; 24 hours/day with a production capacity of 72727.27 kg/day.With raw materials needed ie, ammonia was 12655.56 kg/day and the air requirements of 226,878.42 kg/day. The need for water sanitation utilities is at 52.56 m3/day, water coolers at 1612.513 m3/day, the water was 17.2044 m3/day and feed water bolier for 60.914 m3/day. Based on the availability of ammonia which is the main raw material, then the nitric acid plant was established in Gresik, East Java. Key word: Ammonia, Nitric Acid, Oxidation Process

viii

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap syukur Alhamdullilah kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan karunia yang telah diberikan kepada kami sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul “Pabrik Asam Nitrat dari Amoniak dengan Proses

Oksidasi“. Tugas akhir ini merupakan salah satu tugas yang harus

diselesaikan sebagai persyaratan kelulusan program studi DIII Teknik Kimia, FTI-ITS Surabaya.

Tujuan tugas akhir ini adalah mahasiswa dapat memahami dan mampu mengenal prinsip-prinsip perhitungan dari peralatan-peralatan industri terutama industri kimia yang telah dipelajari di bangku kuliah serta aplikasinya dalam perencanaan pabrik.

Dengan tersusunnya laporan tugas akhir ini, penyusun menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. Budi Setiawan, M.T. selaku Koordinator Program Studi DIII Teknik Kimia FTI – ITS

2. Ibu Prof. Dr. Ir. Danawati H.P, M.Pd selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

3. Ibu Dr. Ir. Niniek Fajar Puspita, M.Eng. selaku Koordinator Tugas Akhir.

4. Kedua orang tua, yang telah memberikan dukungan, semangat dan nasehat luar biasa.

5. Teman-teman seperjuangan Buffer PH 11, Ninin, Tita, Ebot, Pepi, Mas Nanda, Mas Ricco dan pihak lain yang turut membantu demi terselesainya Tugas Akhir ini.

Penyusun menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan sebagai introspeksi bagi penyusun. Akhir kata semoga laporan ini memberi manfaat bagi pihak–pihak yang memerlukan.

Surabaya, 26 Juni 2013

Penulis

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN .......................................................... ii ABSTRAK .................................................................................. vi ABSTRACT ............................................................................... vii KATA PENGANTAR ............................................................... viii DAFTAR ISI .............................................................................. ix DAFTAR TABEL ...................................................................... xi DAFTAR GAMBAR.................................................................. xii BAB I. PENDAHULUAN I.1. LatarBelakang .................................................. I-1 I.2. Dasar Teori ...................................................... I-5 I.3. Kegunaan ......................................................... I-7 I.4. Sifat Fisik dan Kimia ....................................... I-8 BAB II. MACAM DAN URAIAN PROSES II.1. Macam Proses ............................................... II-1 II.2. Seleksi Proses ................................................ II-8 II.3. Uraian Proses Terpilih ................................. II-11 BAB III. NERACA MASSA .............................................. III-1 BAB IV. NERACA PANAS .............................................. IV-1 BAB V. SPESIFIKASI ALAT............................................ V-1 BAB VI. UTILITAS VI.1. Air .............................................................. VI-1 VI.2. Steam ......................................................... VI-6 VI.3. Listrik ......................................................... VI-6 VI.4 Bahan Bakar................................................ VI-6 VI.5 Perhitungan Kebutuhan air ......................... VI-7 BABVII. KESELAMATANDAN

KESEHATANKERJA VII.1.Pendahuluan ............................................. VII-1 VII.2.Usaha-usaha K3 ........................................ VII-4 VII.3.Instalasi Pemadam Kebakaran .................. VII-7 BAB VIII. INSTRUMENTASI .......................................... VIII-1 BAB IX. PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI

KIMIA ................................................................ IX-1

x

BAB X. KESIMPULAN ......................................................... X-1 DAFTAR PUSTAKA ................................................................ xiii LAMPIRAN : APPENDIKS A APPENDIKS B APPENDIKS C PFD PABRIK PFD UTILITAS

xi

DAFTAR TABEL Tabel I.1 Data produksi asam nitrat di Indonesia ...................... I-3 Tabel 2.1 Perbandingan proses oksidasi dan proses retort ........ II-8 Tabel 2.2 Perbandingan proses pembuatan asam nitrat ........... II-10 Tabel 3.1 Neraca massa ammoniak vaporizer ......................... III-1 Tabel 3.2 Neraca Massa kompresor ......................................... III-2 Tabel 3.3 Neraca Massa splitter ............................................... III-3 Tabel 3.4 Neraca Massa mixer ................................................ III-4 Tabel 3.5 Neraca Massa converter ........................................... III-5 Tabel 3.6 Neraca Massa cooler ................................................ III-6 Tabel 3.7 Neraca Massa waste heat boiler ............................... III-7 Tabel 3.8 Neraca Massa Platinum filter ................................... III-8 Tabel 3.9 Neraca Massa Tail Gas Preheater ............................ III-9 Tabel 3.10 Neraca Massa kondensor ....................................... III-10 Tabel 3.11 Neraca Massa Oxidation unit................................. III-11 Tabel 3.12 Neraca Massa secondary cooler............................. III-12 Tabel 3.13 Neraca Massa absorber .......................................... III-13 Tabel 3.14 Neraca Massa bleaching coloumn ......................... III-15 Tabel 4.1 Neraca panas ammoniak vaporizer .......................... IV-1 Tabel 4.2 Neraca panas kompresor .......................................... IV-2 Tabel 4.3 Neraca panas mixer ................................................. IV-3 Tabel 4.4 Neraca panas converter ............................................ IV-4 Tabel 4.5 Neraca panas cooler ................................................. IV-5 Tabel 4.6 Neraca panas waste heat boiler ................................ IV-6 Tabel 4.7 Neraca panas tail gas preheater ................................ IV-7 Tabel 4.8 Neraca panas kondensor .......................................... IV-8 Tabel 4.9 Neraca panas Oxidation unit .................................... IV-9 Tabel 4.10 Neraca panas secondary cooler .............................. IV-10 Tabel 4.11 Neraca panas absorber ........................................... IV-11 Tabel 6.1 Kebutuhan Air Pendingin ........................................ VI-7 Tabel 6.2 Kebutuhan Air Proses .............................................. VI-8 Tabel 6.3 Kebutuhan Air Umpan Boiler .................................. VI-8 Tabel 6.4 Kebutuhan Air dari sungai ....................................... VI-9 Tabel 7.1 Identifikasi Hazard Materia Pada Pabrik ................ VII-4 Tabel 8.1 Alat Ukur dan Instrumentasi ................................... VII-5

vi

DAFTAR GAMBAR Gambar I.1 Lokasi Pendirian Pabrik asam nitrat ........................... I-5

ix

DAFTAR NOTASI

Notasi Keterangan Satuan A Luas heating surface ft2 Cp Konduktivitas thermal kal/g.oC H Enthalpy Kal ID Inside diameter In OD Outside diameter In Q Kalor Kkal R Rate Kg X Fraksi massa V Volume m3 ρ Massa jenis kg/L µ Viskositas cp P Tekanan atm

V/tc Laju volumetrik filtrate

m3/s

Rm Tahanan filter m-1 tc Waktu siklus filter S cs Konsentrasi padatan

dalam umpan masuk kg padatan/

m3 filtrat ∆P Penurunan tekanan Pa α Tahanan cake m/kg padatan

I-1

BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar belakang I.1.1 Sejarah

Asam nitrat (HNO3) adalah sejenis cairankorosif yang tak berwarna, dan merupakan asamberacun yang dapat menyebabkan luka bakar. Asam nitrat pertama kali disintesis sekitar 800M oleh kimiawanJabir ibnu Hayyan, yang juga menemukan distilasi modern dan proses kimiawi dasar lainnya yang masih digunakan sekarang ini. Asam nitrat banyak sekali digunakan dalam industri kimia, diantaranya digunakan untuk proses pemurnian logam,sebagai bahan baku pembuatan bahan-bahan peledak seperti TNT , dan digunakan dalam proses desain barang-barang berbahan tembaga, perunggu dan kuningan.(Anonim,2013) I.1.2 Alasan Pendirian Pabrik

Asam Nitrat merupakan bahan kimia dasar yang banyak dipakai dalam industri amonium nitrat, bahan peledak, pembuatan bahan organik sintesis, seperti zat warna, obat-obatan, selulosa nitrat, dan sebagainya. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut di atas, Indonesia selain sudah memproduksi sendiri juga mengimpor dari luar negeri. Asam nitrat (20%) juga digunakan untuk membuat pupuk campuran dengan bantuan fosfat, sebagai pelarut dalam industri electroplating, dan digunakan secara meluas sebagai reaktan yang cukup penting dalam laboratorium kimia sebagai di dalam pembuatan Nitro Benzene, dan Dinitro Toluene. Dengan meningkatnya keperluan asam nitrat pada berbagai bidangindustri, maka produksi HNO3 secara industri dalam skala kecil sampai besartidak dapat ditangguhkan lagi.

Dilihat dari fungsi atau kegunaannya yang beragam, dapat disimpulkan bahwa kebutuhan atau kegunaanya yang beragam, maka dapat disimpulkan bahwa kebutuhan akan

http://id.wikipedia.org/wiki/Hydrogen

http://id.wikipedia.org/wiki/Hydrogen

http://id.wikipedia.org/wiki/Oxygen

http://id.wikipedia.org/wiki/Cairan

http://id.wikipedia.org/wiki/Cairan

http://id.wikipedia.org/wiki/Asam

http://id.wikipedia.org/wiki/Asam

http://id.wikipedia.org/wiki/800

http://id.wikipedia.org/wiki/800

http://id.wikipedia.org/wiki/Alkimia

http://id.wikipedia.org/wiki/Alkimia

http://id.wikipedia.org/wiki/Distilasi

I-2 Bab I PENDAHULUAN

Pabrik Asam Nitrat dari Amoniak

dengan Proses Oksidasi Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS

Asam Nitrat akan semakin meningkat, sehingga pendirian pabrik Asam Nitrat merupakan alternatif yang baik, selain untuk memenuhi kebutuhan pasar dalam negeri juga dapat membuka lapangan kerja baru dan dapat meningkatkan devisa negara. Negara-negara yang sedang menuju era industrialisasi tidak dapatlepas dari peranan asam nitrat ini.

Untuk mengurangi ketergantungan impor Indonesia terhadap negara lain, untuk memperluas kesempatan kerja dan meningkatkan produksi dalam negeri serta menyeimbangkan struktur ekonomi di Indonesia maka Indonesia harus melakukan pembangunan dengan pemanfaatan sumber daya alam dan sumber daya manusia yang dimiliki. Salah satu wujud pembangunan sumber tersebut adalah dengan pembangunan industri kimia. Dengan alasan kebutuhan asam nitrat makin lama makin meningkat, maka perlu difikirkan pendirian suatu pabrik asam nitrat.

Pabrik asam nitrat ini didirikan dengan alasan memberi peluang bagus dan membantu pabrik asam nitrat lain dalam produksi asam nitrat di Indonesia, terdapat beberapa antara lain :

Kondisi perekonomian dunia dan dalam negeri seperti nilai tukar rupiah terhadap mata uang asing, tingkat inflasi, suku bunga, dan sebagainya.

Adanya perubahan peraturan yang dilakukan oleh pemerintah sebagai akibat dari negara maju yang terus mengurangi ekspor dari negara maju lain yang menawarkan harga murah.

Dari beberapa masalah di atas pendirian pabrik inidimaksudkan untuk pengembangan pabrikasamnitrat yang di Indonesia hanyaadabeberapa serta untuk mengimbangi kebutuhan asam nitrat Indonesia. I.1.3 Ketersediaan Bahan baku

Bahan baku asam nitrat adalah ammonia dan udara. Bahan baku ammonia ini didapat dari Pabrik penghasil ammonia. Sedangkan bahan baku oksigen didapat dari



dengan Proses Oksidasi Program Studi D3 Teknik Kimia

FTI ITS

atmosfer. Sehingga bahan baku dapat diperoleh dari dalam negeri.

1.1.4 Kebutuhan Aspek Pasar Asam nitrat (HNO3) merupakan komoditi yang

memiliki banyak kegunaan di bidang industri. Penggunaan asam nitrat adalah sebagai berikut: 1. Asam nitrat (HNO3) digunakan untuk di laboratorium. 2. Asam nitrat (HNO3) digunakan sebagai bahan baku

pembuatan bahan-bahan yang meledak, seperti nitrogliserin, trinitrotoluena (TNT) dan Siklotrimetilenatrinitramin (RDX), dan juga untuk pembuatan amonium nitrat.

3. Asam nitrat (HNO3) digunakan dalam proses pemurnian logam. Sebagai contoh platina, emas, dan perak.

4. Asam nitrat (HNO3) digunakan dalam proses desain barang-barang berbahan tembaga, perunggu dan kuningan.

5. Campuran antara asam klorida pekat dan asam nitrat pekat, dengan perbandingan 3:1, biasa digunakan sebagai pelarut logam mulia, yaitu emas dan platina. Campuran tersebut biasa disebut dengan Aqua Regia atau air raja.

6. Asam nitrat (HNO3) digunakan untuk menghilangkan atau membersihkan peralatan proses dari kerak kalsium dan magnesium yang menempel di dalamnya. (Anonim, 2013)

1.1.5 Kapasitas Produksi Pabrik Tahun Ekspor (ton) Impor (ton) Produksi (ton) 2007 34,14 8.771 471 2008 7,76 10.243 9851 2009 2,62 66.911 51.791 2010 0 11.259 55.404 2011 0 11.187 62.162 (Badan Pusat Statistik, 2013) Tabel I.2 Data produksi Asam nitrat di Indonesia

http://id.wikipedia.org/wiki/Nitrogliserin

http://id.wikipedia.org/wiki/Trinitrotoluena

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Siklotrimetilenatrinitramin&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Amonium_nitrat&action=edit&redlink=1

http://anekailmu.blogspot.com/2009/06/mengenal-kegunaan-larutan-asam-klorida.html




Berikut adalah perhitungan untuk menentukan kapasitas pabrik asam nitrat yang direncanakan berdiri pada tahun 2015. Konsumsi = ( produksi + impor ) – ekspor = (14089,564 + 117865416 ) – (-7592,766) = 117887099 kg = 117887,1 ton Produksi = 20 % x konsumsi = 24.000 ton/ tahun Dari hasil perhitungan, dapat diperkirakan bahwa setiap tahunnya konsumsi asam nitrat di Indonesia akan semakin bertambah. Maka dari itu pabrik asam nitrat yang akan didirikan ini berusaha memenuhi kebutuhan dalam negeri sendiri, sehingga ditentukan kapasitas pabrik asam nitrat ini tahun 2015 adalah 24.000 ton/tahun. 1.1.6 Lokasi Pabrik

Secara geografis penentuan lokasi pabrik sangat menentukan kemajuan pabrik tersebut pada saat produksi dan di massa yang akan datang. Dengan penentuan lokasi pabrik yang tepat akan menghasilkan biaya produksi dan distribusi yang minimal sehingga pabrik tersebut dapat berjalan efisien dan ekonomis serta menguntungkan. Disamping pertimbangan teknis dan ekonomis diperlukan pula pertimbangan sosiologis, yaitu pertimbangan dalam mempelajari sifat dan sikap masyarakat di sekitar daerah yang dipilih sebagai lokasi pabrik, sehingga jika ada hambatan sosiologis yang timbul dari luar dapat diperhitungkan sebelumnya. Pendirian pabrik asam nitrat harus dekat dengan pabrik yang menghasilkan ammonia, karena bahan baku utama yang diperlukan adalah ammonia dan udara. Berdasarkan hal tersebut, maka direncanakan pendirian pabrik pembuatan asam nitrat berlokasi di daerah Gresik.




FTI ITS

Gambar 1.1 Lokasi Pendirian Pabrik asam nitrat I.2 Dasar Teori

Asam nitrat merupakan asam yang kuat, mudah bereaksi dengan alkali, oksida dengan membentuk garam. Asam nitrat mempunyai rumus kimia HNO3. Asam nitrat sangat sulit dibuat cairan murni karena kecenderungannya terdekomposisi menjadi nitrogen oksida.

Asam nitrat merupakan oksida yang kuat terhadap bahan organik, seperti turpentin dan charcoal, alkohol juga




sangat bereaksi terhadap asam nitrat. Furfuryl alcohol, anilin dengan asam nitrat digunakan dalam bahan bakar roket. Sebagian besar baja kecuali platinum dan emas dapat dirusak oleh asam nitrat, sebagian diubah menjadi arsenic dan antimonytetapi sebagian besar yang lain diubah menjadi nitrat.

Asam nitrat sebagai oxidizing agent tergantung pada nitrogen oksida bebas. Asam nitrat murni tidak merusak tembaga. Produk asam nitrat bervariasi konsentrasi asamnya dan kekuatan reduksinya. Cairan asam nitrat cenderung memberikan nitrogen oksida dan asam yang dihasilkan kaya akan nitrogen dioksida. Reaksi asam cair dengan metalic, zinc, dihasilkan dengan mencampurkan amoniak dan hidroksilamin.

Asam nitrat mempunyai dua macam hidrat yang dikristalkan dari larutan asam nitrat. Kedua hidrat tersebut adalah monohidrat yang mempunyai rumus kimia HNO3.H2O dengan konsentrasi 77,77% berat dan mempunyai titik didih 37,62°C. Sedangkan trihidrat mempunyai rumus kimia HNO3.H2O dengan konsentrasi 53,83% berat dan mempunyai titik didih 18,47°C.

Sebelum abad ke-20 asam nitrat diperoleh dari reaksi antara Chile Saltpeter (mineral yang mengandung NaNO3) dengan asam sulfat pekat. Sodium Bisulfat diperoleh sebagai produk samping. Secara sederhana reaksinya dapat dituliskan sebagai produk samping. Secara sederhana reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut:

NaNO3 + H2SO4 NaHSO4 + HNO3 Beberapa proses lainnya dikembangkan untuk

menggantikan nitrogen yang berasal dari nitrat alam dengan nitrogen dari atmosfer. Pada awal abad 20, berkembang teknologi pembuatan asam nitrat dengan proses busur listrik yang ditemukan oleh Birkeland dan Eyde. Proses ini, pada dasarnya merupakan pembakaran langsung antara oksigen dan nitrogen dalam suatu busur listrik. Hasil dari busur listrik




FTI ITS

berupa nitrogen monoksida (NO) yang selanjutnya dilarutkan dalam air sehingga membentuk asam nitrat. Biaya operasi yang sangat mahal serta efisiensi energi yang rendah mengakibatkan proses tersebut tidak digunakan lagi sekarang.

Proses lainnya adalah yang disebut dengan proses “wisconsin” yang memproduksi asam nitrat dengan bahan utama oksigen dan nitrogen yang berasal dari udara. Prinsipnya adalah sama dengan proses busur listrik. Hanya saja, pembakaran dilakukan dalam tungku pembakaran dengan bantuan fuel gas pada temperatur di atas 2000°C. Kesulitan operasi ini adalah mempertahankan temperatur yang sangat tinggi dalam jangka waktu yang lama. Hal ini mengakibatkan proses ini kurang efisien dan tidak diterima secara umum.

Di samping itu, terdapat satu proses yang sangat penting dalam kemajuan industri asam nitrat yakni proses oksidasi amonia atau lebih dikenal dengan proses Ostwald. Oksidasi katalitik dari amonia menjadi satu-satunya proses pembuatan asam nitrat secara komersial yang masih dilakukan sampai saat ini. Dari segi teknis dan biaya, proses ini masih jauh lebih baik daripada proses yang lainnya.

I.3 Kegunaan Asam Nitrat Asam nitrat (HNO3) memiliki banyak kegunaan di

bidang industri. Penggunaan asam nitrat adalah sebagai berikut:

1. Asam nitrat (HNO3) digunakan untuk di laboratorium.

2. Asam nitrat (HNO3) digunakan sebagai bahan baku pembuatan bahan-bahan yang meledak, seperti nitrogliserin, trinitrotoluena (TNT) dan Siklotrimetilenatrinitramin (RDX), dan juga untuk pembuatan amonium nitrat.




3. Asam nitrat (HNO3)digunakan dalam proses pemurnian logam. Sebagai contoh platina, emas, dan perak.

4. Asam nitrat (HNO3) digunakan dalam proses desain barang-barang berbahan tembaga, perunggu dan kuningan.

5. Campuran antara asam klorida pekat dan asam nitrat pekat, dengan perbandingan 3:1, biasa digunakan sebagai pelarut logam mulia, yaitu emas dan platina. Campuran tersebut biasa disebut dengan Aqua Regia atau air raja.

6. Asam nitrat (HNO3) digunakan untuk menghilangkan atau membersihkan peralatan proses dari kerak kalsium dan magnesium yang menempel di dalamnya.

I.4 Sifat Fisik dan Kimia I.4.1. Bahan Baku Utama

Bahan baku utama dari Pabrik Asam Nitrat ini adalah ammonia dan udara. Spesifikasi dari ammonia dan udara yaitu sebagai berikut:

1. Ammonia • Sifat Fisika

Rumus molekul : NH3 Berat Molekul : 17,03 g/gmol Titik didih : -33,45˚ C Titik cair normal : -77,74 °C Temperatur kritis : 207,5 °C Tekanan kritis : 111,3 atm Volume kritis : 0,08040

m3/kgmol ∆Η˚f : -39,222 kJ/mol Densitas ( 0 °C ) : 0,682 g/cc Indeks bias, eg : 1,325

http://anekailmu.blogspot.com/2009/06/mengenal-kegunaan-larutan-asam-klorida.html




FTI ITS

Fase :cair jenuh (30˚C ; 11,5 atm)

Warna : tidak berwarna Sifat : berbau tajam

(khas ammonia) Kemurnian : 99,40 % Spesific gravity (-79˚C) : 0,817 (15˚C) : 0.617 Kelarutan dalam air (25 °C) : 0,94 % (MSDS,2013)

• Sifat kimia a. Ammonia dapat membentuk campuran, mudah terbakar

dengan udara pada nilai ambang batas (16,25 % volume) b. Bahaya ledakan ammonia akan semakin meluas apabila

kontak dengan oksigen pada temperatur serta tekanan tinggi di atmosfer.

c. Reaksi oksidasi-reduksi 2NH3+ 5/2 O2 →2NO+3H2O ………………(1.1) Jika tanpa katalis

2NH3+3/2O2 →N2+3H2O ………………......(1.2) 3CuO + 2NH3 →3Cu+3H2O+N2 ……………..(1.3) d. Reaksi substitusi

Masuknya ion H+dalam ammonia, yang sering disebut ammonisasi. Misalnya : NH3 + H2O →NH4OH→NH4

++OH-………………....(1.4) NH3+ HX→NH4

++ X-……………………………… .(1.5) e. Reaksi ammonolisis

Reaksi ammonia dengan senyawa lain dimana ammonia bereaksi sebagai gugus NH2

Misalnya : HgCl2+ 2NH3→Hg(NH2)Cl + NH4Cl …(1.6)




2. Udara a. Oksigen

Rumus molekul : O2

Fase : gas Berat molekul : 32 Densitas (g/l) : 1,429 (0°C) Titik lebur (°C) : -218,79 Titik didih (°C) : -182,95

b. Nitrogen Rumus molekul : N2

Fase : gas Berat molekul : 28 Densitas (g/l) : 1,251 (0°C) Titik lebur (°C) : -210,00 Titik didih (°C) : -195,79

I.4.2.Produk 1.4.2.1 ProdukUtama

Produk utama yang dihasilkan dari pabrik asam nitrat adalah asam nitrat. Spesifikasi asam nitrat adalah sebagai berikut:

Sifat Fisika Rumus molekul : HNO3 Massa molar : 63,012 g/mol Penampilan : Cairan bening tidak berwarna Densitas : 1,51 g/cm3 , cairan tidak berwarna Titik leleh : -42 0C, 231 K, -440F Titik didih : 83 0C, 356 K, 181 0F (120,5 0C (larutan 68 %)) Sifat Kimia Ketika mendidih pada suhu kamr, terdapat dekomposisi (penguraian) sebagian pembentukan nitrogen dioksida sesudah reaksi : 4HNO3→2H2O + 4NO2 + O2 (72 0C)




FTI ITS

Sebagai sebuah oksidator yang kuat, asam nitrat bereaksi hebat dengan sebagian besar bahan-bahan organik dan reaksinya dapat bersifat eksplosif. Produk akhirnya bisa bervariasitergantung pada konsentrasi asam, suhu, serta reduktor. Reaksi dapat terjadi dengan semua logam kecuali deret logam mulia dan aloi tertentu. Karakteristik ini membuat asam nitrat sering digunakan dalam uji asam. Umumnya reaksi oksidasi utamanya terjadi dengan asam pekat, membentuk nitrogen dioksida ( NO2 ) Cu + 4H+ +2NO3

-→Cu2+ + 2NO2 +2H2O Karena asam nitrat merupakan oksidator, hidrogen (H2) jarang terbentuk. Hanya magnesium (Mg), mangan (Mn), dan kalsium (Ca) yang bereaksi dengan asam nitrat dingin dan encer yang dapat menghasilkan hidrogen : Mg(s) + 2HNO3(aq)→Mg(NO3)2(aq) + H2(g)




Halaman ini sengaja dikosongkan

II-1

BAB II

MACAM DAN URAIAN PROSES II.1. Macam – Macam Proses Pembuatan Asam Nitrat

Pembuatan asam nitrat dapat dilakukan dengan beberapa

cara, yaitu dengan proses oksidasi dan proses retort.

II.1.1. Proses Oksidasi

Terdapat dua jenis teknologi proses yang

digunakan dalam pembuatan asam nitrat Secara Oksidasi,

yaitu Single pressure Process dan Dual-pressure Process,

yang secara singkat dapat dijelaskan sebagai berikut:

II.1.1.1. Single pressure process

Ciri khas dari tipe ini adalah penggunaan tekanan

operasi yang rata-rata sama pada tahap oksidasi katalitik

amonia maupun pada tahap absorpsi NO2/N2O4 dan

membutuhkan temperatur operasi sekitar 420˚C. Proses ini

terbagi lagi menjadi beberapa tipe, yaitu:

a. Single medium (intermediate) pressure

Proses ini menggunakan alat utamanya reaktor oksidasi

amonia dan dua alat menara absorber. Kompresor udaranya

dikendalikan oleh tailgas expansion turbin dan steam turbin.

Sehingga energi yang ada dapat direcovery lagi. Asam nitrat yang

II-2 Bab II Macam dan Uraian Proses

Program Stud D3 Teknik Kimia FTI ITS

Pabrik Asam nitrat dari amonia

Dengan proses oksidasi

dihasilkan adalah 60% sedangkan kadar NOx ± 500 ppm. Untuk

mengurangi kadar NOx, maka ditambahkan alat SCR Reaktor

yaitu Selective Catalytic Reduction dengan menggunakan katalis

non noble metal dan amonia sebagai zat reducing. Tekanan

operasinya berkisar antara 4 - 6 bar absolut. Katalis yang

digunakan adalah platinum rhodium berbentuk gauze (kasa)

dengan masa pergantian katalis 6 bulan. Pabrik-pabrik asam nitrat

yang menggunakan proses ini diantaranya SKW Sticktoffwerke

piesteritz GmbH di Jerman dan ACE Pressureweld di Singapura.


Pabrik Asam nitrat dari amonia dengan proses oksidasi

Program Studi D3 TeknikKimia FTI ITS

Gambar 2.1 Diagram alir Single medium (intermediate) pressure





b. Single High Pressure

Tekanan operasi berkisar antara 8 – 12 bar absolut

memakai peralatan dan pemipaan yang berukuran lebih besar dan

hanya mempunyai satu menara absorber. Asam nitrat yang

dihasilkan konsentrasinya lebih besar dari medium pressure

process sekitar 67 %. Sedangkan konsentrasi NOxnya < 200 ppm.

Pergantian katalis sekitar 6 bulan sekali. Pabrik-pabrik yang

menggunakan proses ini diantaranya Radici Chimica GmbH di

Jerman, Queensland Nitrates Pty Ltd di Australia, Enaex S.A di

Chile, Namhae Chemical Corporation di Korea, Thai Nitrate

Company (TNC) di Tailand.

Gambar 2.2 Diagram alir Single High Pressure




II.1.1.2. Dual pressure process

Proses Dual-Pressure merupakan perpaduan dari proses

pembakaran medium-pressure dan efisiensi absorbsi yang paling

baik pada high-presssure, pada tahap oksidasi amonia (proses

pembakaran) pada tekanan rendah sebaliknya pada proses

absorbsinya dilakukan pada tekanan tinggi, serta menggunakan

temperature lebih dari 450oC. Dengan kadar NOxnya < 150 ppm

dan kadar NOx dapat lebih rendah lagi kalau dipasang tailgas

reaktor (selective catalytic reduction). Konsentrasi asam nitrat

yang dihasilkan 68%. Tekanan operasi pada proses pembakaran

sekitar 4-6 bar absolut dan tekanan pada proses absorbsi sekitar

10-12 bar absolut. Pergantian katalis setiap bulan 6 sekali.

Adapun pabrik-pabrik yang menggunakan proses ini diantaranya

Namhae Chemical Corporation di Korea, BP Koln GmbH di

Jerman, CF Indusries Inc. di Donaldsonville USA.





Gambar 2.3 Diagram alir Dual pressure process

II.1.2. PROSES RETORT

Proses retort menggunakan bahan baku natrium nitrat (96%)

dan asam sulfat (93%). Di dalam reaktor terjadi reaksi eksotermis

antara natrium nitrat dan asam sulfat. Reaksi yang terjadi:

NaNO3 (s) + H2SO4 (l) NaHSO4 (l) + HNO3 (l)




Proses :

Bahan baku natrium nitrat dan asam sulfat masuk reaktor

tangki berpengaduk. Reaktor di panaskan secara isotermal pada

suhu operasi 150-200oC selama 12 jam. Konversi pembentukan

asam nitrat adalah 97%.Selama waktu itu NO2 dan air akan

teruapkan. Uap asam nitrat di lewatkan di kondensor parsial,

kemudian di pisahkan antara gas dan cairanya dalam separator.

Cairan asam nitrat di dinginkan dengan menggunakan cooler dan

selanjutnya di simpan sebagai hasil asam nitrat. Konsentarsi hasil

adalah sebesar 90%. Gas yang tidak terembunkan diserap dengan

menggunakan air pada absorber. Hasil bawah menghasilkan kadar

asam nitrat 43%. Hasil samping reaktor berupa campuran ”either

cake”. Bahan ini dapat dijual pada industri baja dan dapat juga

dipakai sebagai bahan baku.

Gambar 2.4 Diagramok Proses Retort A B S O R B E R

Tangki Asam Nitrat





II.2 SELEKSI PROSES

Berdasarkan teknologi proses yang telah dijelaskan

sebelumnya, maka diperoleh perbandingan pembuatan asam nitrat

antara proses Oksidasi dan proses Retort dalam Tabel di bawah

ini:

Tabel 2.1 Perbandingan Proses Oksidasi dan Proses Retort

Jenis Proses Kelebihan kekurangan

Proses Oksidasi

Bahan baku nya mudah didapat, langsung dari alam.

Kualitas (% HNO3) yang didapatkan besar,yakni sekitar 60% - 68%

Prosesnya sederhana

yield yang dihasilkan lebih tinggi

kadar buang Nox nya rendah

Temperatur yang digunakan cukup tinggi

Proses Retort

Temperatur yang digunakan rendah

Bahan baku nya susah didapatkan, karena untuk proses retort




bahan baku hanya tersedia di luar negeri.

Kualitas (%HNO3) yang didapatkan kecil, sekitar 43%

Prosesnya cukup rumit

Yield yang dihasilkan rendah

Kadar buang Nox nya cukup besar

Dari proses yang telah diuraikan dipilih proses oksidasi ammonia,

karena pada proses retort bahan baku natrium nitrat hanya bisa

didapatkan dari luar negeri yaitu chile. Sehingga kurang efisien,

dan kadar asam nitrat yang di dapatkan akan lebih tinggi

menggunakan proses oksidasi ammonia.

Dari beberapa proses oksidasi ammonia yang dijelaskan

sebelumnya, ada beberapa proses di dalamnya sehingga dilakukan

perbandingan proses, yaitu sebagai berikut:





Tabel 2.2 Perbandingan Proses Pembuatan Asam Nitrat

Dilihat dari perbandingan di atas maka dipilih single high

pressure disebabkan :

1. Kapasitas pabrik yang akan didirikan hanya

memungkinkan digunakannya proses ini.

2. Bahan baku yang digunakan lebih murah dibandingkan

dengan proses retort

3. Karena tekanan lebih besar daripada proses medium

maka recovery energi lebih besar sehingga kebutuhan

utilitas yang digunakan lebih sedikit.

Proses Tekanan (bar)

Kualitas (%HNO3)

Temperatur Operasi (oC)

Kadar NOx

gas buang (ppm)

1. Proses Oksidasi

a. Single Medium Pressure

4-6 60 420 500

b. Single High Pressure

8-12 60-67 420 <200

c. Dual Pressure

4-6 combustion 10-12 absorbsi

68 > 450 <150

2. Proses Retort 43 150-200




4. Produk yang dihasilkan memiliki kemurnian yang cukup

baik.

5. Tidak memerlukan kompresor gas NOx antara tahap

oksidasi amonia dan absorbsi.

6. Proses sederhana dan alat yang digunakan simple jadi

biaya alat lebih murah.

II.3 Uraian Proses Terpilih

Proses dimulai dengan penguapan amonia pada ammonia

vaporizer (V-111) pada 1240 kPa dan 35˚C dengan menggunakan

sirkulasi air hangat (warm water loop). Steam dipakai untuk

memanaskan lanjut uap amonia sampai temperatur 177 ˚C. Udara

atmosfer yang telah melalui filter dikompresi (G-112) sampai

bertekanan 1090 kPa dan bertemperatur 232 ˚C. Tahap kompresi

ini dilakukan dengan bantuan kompresor sentrifugal (G-112).

Udara bertekanan ini dibagi menjadi dua jalur, jalur udara

pertama disebut udara primer adalah untuk keperluan oksidasi

amonia pada converter (R-110). 85% dari berat awal diambil

untuk keperluan ini. Jalur udara yang kedua disebut juga udara

sekunder yang berguna untuk men-stripping NOx terlarut pada

produk HNO3 di bleaching column (X-124). Udara primer

dicampurkan dengan uap amonia di dalam mixer (M-113). Gas

campuran kemudian diumpankan ke dalam convertor (R-110)

yang berisi katalis platinum/rhodium berbentuk gauze (kasa).





Amonia teroksidasi secara cepat, dan panas yang dihasilkan dari

reaksi menaikkan temperatur gas reaksi menjadi 645 ˚C. Konversi

amonia menjadi NO mencapai 95%, sedangkan sisa amonia

bereaksi dengan O2 membentuk N2.

Gas reaksi yang keluar convertor (R-110) diturunkan

temperaturnya melalui serangkaian alat penukar panas. Pertama,

Cooler (E-114) menurunkan suhu gas reaksi menjadi 595 ˚C.

Kedua, Waste Heat Boiler (E-115), dimana suhu gas reaksi turun

menjadi 280 ˚C. Untuk memperkecil kehilangan dan kerugian

katalis, maka setelah preheater dipasang platinum filter (H-116).

Gas reaksi lebih lanjut didinginkan melalui Tail Gas Pre-Heater

(E-117), dimana suhu gas reaksi turun menjadi 185 ˚C, sedangkan

gas buang mengalami kenaikan temperatur dari 45 ˚C menjadi

235 ˚C. Gas reaksi lebih lanjut didinginkan pada Cooler

Condenser (E-118) pada suhu 185 ˚C. Pendinginan dari 185 ˚C

menjadi 60 ˚C mengakibatkan uap air yang terkandung dalam gas

reaksi mengembun dan segera bereaksi dengan NO2/N2O4 yang

ada. Hal ini mengakibatkan terbentuknya HNO3 berkadar 40%

(weak acid) pada alat Condenser (E-118). Weak acid dialirkan

menuju absorber (D-120), sedangkan gas reaksi yang tidak

mengembun masuk ke Oxidation Unit (X-121). Pada Oxidation

Unit (X-121), gas reaksi bercampur dengan udara sekunder yang

telah dipakai untuk melucuti NOx dari produk HNO3. Reaksi

oksidasi NO menjadi NO2 meningkat pada kolom oksidasi karena




ada tambahan O2 dari udara sekunder. Temperatur reaksinya

mencapai 140 ˚C. Gas reaksi kemudian masuk Secondary Cooler

(E-122) untuk didinginkan lebih lanjut dengan bantuan air yang

bersikulasi antara unit ammonia vaporizer (V-111) dan unit

cooler. Hampir seluruh NO yang ada pada mulanya teroksidasi

menjadi NO2 dan sebagian NO2 membentuk N2O4 selama

perjalanan dari unit converter sampai cooler. Gas reaksi

selanjutnya masuk kolom absorber (D-120) pada suhu 65 ˚C.

Di dalam kolom absorber, asam lemak (weak acid) dari

Condenser (E-118) dimasukkan pada bagian bawah absorber.

Gas reaksi yang mengandung NO2/N2O4 mengalami kontak

dengan H2O secara Counter-current. Sementara itu, terjadi

peristiwa absorpsi NO2/N2O4 ke dalam air yang diikuti dengan

pembentukan asam nitrat. Gas NO yang dihasilkan selama

absorpsi, dioksidasi kembali menjadi NO2. Semua reaksi oksidasi

dan absorbsi menghasilkan panas. Oleh karenanya, untuk

menambah efisiensi absorpsi/reaksi diperlukan pendinginan.

Pendinginan kolom absorpsi digunakan air pendingin dengan

suhu 30 ˚C. Gas buang yang masih mengandung kadar NOx

dalam jumlah yang sangat kecil keluar dari puncak kolom pada

45 ˚C. Gas buang kemudian dialirkan ke arah yang berlawanan

dari sistem gas reaksi melalui serangkaianalat penukar panas.

Produk HNO3 pada bagian bawah kolom absorber bercampur

dengan NOx terlarut (disebut dengan red product acid), terutama





pesies NO2/N2O4 yang menimbulkan warna merah pada produk.

Red Product Acid keluar dari absorber pada suhu 45 ˚C.

N2O4 yang terlarut dalam red product acid di-stripping

oleh udara sekunder dalam Bleaching Colomn (X-124) yang

berupa packed tower. Udara sekunder yang keluar pada kolom

atas disebut sebagai udara bleaching, dialirkan ke unit oksidasi,

sedangkan produk HNO3 bebas N2O4 terlarut, keluar pada bagian

bawah bleaching coloumn (X-124) pada 50 ˚C. Gas buang yang

keluar dari absorber dinaikkan temperaturnya dalam Tail Gas

Pre-Heater (E-117) sampai suhunya menjadi 235 ˚C. Gas buang

(tail gas) pada akhirnya dibuang ke udara melalui stack pada suhu

235 ˚C.

III-1

BAB III NERACA MASSA

Kapasitas produksi = 24000 ton/tahun = 24000000 kg/tahun = 72727,27 kg/hari Operasi = 330 hari/tahun ; 24 jam/hari Satuan massa = kg Basis waktu = 1 hari Bahan baku yang dibutuhkan = 239533,99kg/hari 1. AMMONIA VAPORIZER (V-111)

Fungsi: untuk mengubah semua liquid ammonia menjadi vapor ammonia

Tabel 3.1 Neraca massa ammonia vaporizer

komponen masuk keluar

aliran (3) aliran (4) Massa (kg) fraksi massa (kg) fraksi

NH3 12655,562 1 12655,562 1 total 12655,562 1 12655,562 1

2. KOMPRESOR (G-112)

Fungsi: untuk meningkatkan tekanan udara yang akan dijadikan umpan ke dalam converter

III-2 Bab III NERACA MASSA


dengan Proses Oksidasi Program StudiD3 Teknik Kimia FTI ITS

Tabel 3.2 Neraca massa kompresor


aliran (1) aliran (2) Massa (kg) fraksi Massa (kg) fraksi

O2 47644,470 0,21 47644,470 0,21 N2 179233,959 0,79 179233,959 0,79

total 226878,429 1 226878,429 1 3. SPLITTER

Fungsi : membagi udara menjadi dua, yaitu ke reaktor dan ke bleaching coloumn

85 % udara menuju ke reaktor

15 % udara menuju ke bleacher




FTI ITS

Tabel 3.3 Neraca massa splitter


aliran (2) aliran (5) aliran (6) massa fraksi massa fraksi massa fraksi

O2 47644,470 0,21 40497,8 0,21 7146,6705 0,21 N2 179233,959 0,79 152348,86 0,79 26885,0938 0,79

total 226878,429 1 192846,66 1 34031,7643 1 4. MIXER (M-113)

Fungsi: Untuk mencampur udara dan ammonia yang akan masuk ke converter




Tabel 3.4 Neraca massa mixer


aliran (4) aliran (5) aliran (7)

massa fraksi massa fraksi massa fraksi

NH3 12655,562 1

12655,562 0,062

O2

40497,800 0,21 40497,800 0,197

N2

152348,865 0,79 152348,865 0,741

total 12655,562 1 192846,664 1 205502,227 1

5. CONVERTER (R-110) Fungsi : Fungsi: Untuk Mengkonversi ammonia dan udara

menjadi gas NO dengan % konversi 95%




FTI ITS

Tabel III.5 Neraca Massa Reaktor



NH3 12655,562 0,06158358 O2 40497,800 0,19706745 11315,562 0,055

N2 152348,865 0,74134897 152869,976 0,744 H2O

20100,011 0,098

NO

21216,678 0,103

total 205502,227 1 205502,23 1 6. COOLER ( E-114)

Fungsi: Untuk menurunkan temperatur gas reaksi yang keluar dari converter




Tabel 3.6 Neraca Massa Cooler



O2 11315,562 0,055 10749,784 0,052 N2 152869,976 0,744 152869,976 0,744

H2O 20100,011 0,098 20100,011 0,098 NO 21216,678 0,103 20155,844 0,098 NO2 0 0 1626,612 0,008 total 205502,227 1 205502,23 1

7. WASTE HEAT BOILER (E-115) Fungsi : Menurunkan temperatur gas yang keluar dari cooler membentuk senyawa N2O4




FTI ITS

Tabel 3.7 Neraca Massa Waste Heat Boiler

komponen Masuk keluar

aliran (9) aliran (10)

Massa (kg) fraksi Massa (kg) fraksi

O2 10749,784 0,052 9137,316 0,044

N2 152869,976 0,744 152869,98 0,744

H2O 20100,011 0,098 20100,011 0,098

NO 20155,844 0,098 17132,468 0,083

NO2 1626,612 0,008 6074,5825 0,030

N2O4

187,87368 0,001

Total 205502,227 1 205502,23 1

8. PLATINUM FILTER (H-116) Fungsi : untuk menghilangkan impurities (katalis platinum-rhodium) yang terbawa




Tabel 3.8 Neraca Massa Platinum Filter



O2 9137,316 0,044 8863,197 0,043 N2 152869,976 0,744 152869,976 0,744

H2O 20100,011 0,098 20100,011 0,098 NO 17132,468 0,083 16618,494 0,081 NO2 6074,582 0,030 6835,225 0,033 N2O4 187,874 0,001 215,324 0,001 Total 205502,227 1 205502,23 1

9. TAIL GAS PREHEATER (E-117)

Fungsi : Menurunkan temperatur gas yang keluar dari platinum filter




FTI ITS

Tabel 3.9 Neraca Massa Tail Gas Preheater


aliran 11 aliran 12 Massa (kg) fraksi Massa (kg) fraksi

O2 8863,197 0,043 6647,397 0,032 N2 152869,976 0,744 152869,976 0,744

H2O 20100,011 0,098 20100,011 0,098 NO 16618,494 0,081 12463,870 0,061 NO2 6835,225 0,033 12281,252 0,060 N2O4 215,324 0,001 1139,720 0,006 Total 205502,227 1 205502,23 1

10. KONDENSOR (E-118)

Fungsi: Menurunkan temperatur gas yang keluar dari Tail Gas Pre-Heater, dan mengkondensatkan asam nitrat lemah yang didapatkan.




Tabel 3.10 Neraca Massa kondenser

komponen

Masuk keluar aliran (12) aliran (14) Aliran (15)

Massa (kg) Fraksi

Massa (kg) fraksi

Massa (kg) fraksi

O2 6647,397 0,032 3789,017 0,020 0 0 N2 152869,976 0,744 152869,976 0,802 0 0

H2O 20100,011 0,098 10517,128 0,055 8684,4872 0,58 NO 12463,870 0,061 8601,731 0,045 0 0 NO2 12281,252 0,060 9511,581 0,050 0 0 N2O4 1139,720 0,006 5239,539 0,027 0 0 HNO3 0 0 0 6288,7666 0,42 Total 205502,227 1 190528,97 1 14973,2538 1

11. OXIDATION UNIT (X-121)

Fungsi: Mengoksidasi NO menjadi NO2




FTI ITS

Tabel 3.11 Neraca Massa Oxidation unit

komponen

Masuk keluar aliran (14) aliran (20) aliran (16)

Massa (kg) Fraksi

Massa (kg) fraksi

Massa (kg) fraksi

O2 3789,017 0,020 7146,671 0,210 7265,615 0,032 N2 152869,976 0,802 26885,094 0,790 179755,070 0,800

H2O 10517,128 0,055 0 0 10517,128 0,047 NO 8601,731 0,045 0 0 1720,346 0,008 NO2 9511,581 0,050 0 0 17053,583 0,076 N2O4 5239,539 0,027 11 0,000 8259,995 0,037 Total 190528,973 1 34042,764 1 224571,737 1

12. SECONDARY COOLER (E-122) Fungsi : Menurunkan suhu gas reaksi yang akan masuk ke dalam absorber




Tabel 3.12 Neraca Massa Secondary cooler


aliran (16) aliran (17) Massa(kg) Fraksi Massa(kg) Fraksi

O2 7265,615 0,032 6393,973 0,028 N2 179755,070 0,800 179755,070 0,800

H2O 10517,128 0,047 10517,128 0,047 NO 1720,346 0,008 86,017 0,0004 NO2 17053,583 0,076 14278,474 0,064 N2O4 8259,995 0,037 13541,074 0,060 Total 224571,737 1 224571,737 1

13. ABSORBER (D-120) Fungsi: untuk mengabsorb gas reaksi dengan air agar menjadi HNO3.




FTI ITS

Tabel 3.13 Neraca Massa Absorber

komponen

masuk keluar

aliran (17) aliran (16) water process aliran (19) aliran (18)

massa fraksi massa fraksi massa fraksi massa fraksi massa fraksi

O2 6393,97 0,03

1586,07 0,01 6393,97 0,03

N2 179755,07 0,80

179755,07 0,98 179755,07 0,80

H2O 10517,13 0,05 8684,49 0,58 17130,09 1,00 1792,31 0,01 10517,13 0,05

NO 86,02 0,00

86,02 0,00

NO2 14278,47 0,06

558,81 0,00 14278,47 0,06

N2O4 13541,07 0,06

13541,07 0,06

HNO3 0,00 0,00 6288,77 0,42

Total 224571,74 1,00 14973,25 1,00 17130,09 1,00 183692,26 1,00 224571,74 1,00




14. BLEACHING COLOMN (X-126)

Fungsi : Untuk menstripping Nox dari HNO3




FTI ITS

Tabel 3.14 Neraca Massa Bleaching Coloumn

komponen Masuk Keluar

aliran (18) aliran (6) aliran (21) aliran (20)

massa fraksi Massa fraksi massa fraksi massa fraksi

O2 7146,67 0,21

7146,67 0,2099

N2 26885,09 0,79

26885,09 0,7897

air 29182,13 0,40

29182,13 0,40 NO

NO2 N2O4 11,00 0,0002

11,00 0,0003

HNO3 43789,70 0,60 0 0 43789,70 0,60 0 0

Total 72982,83 1,00 34031,76 1 72971,83 1 34042,76 1,00

IV-1

BAB IV NERACA PANAS

Kapasitas = 24000 ton = 24.000.000 kg Operasi = 330 hari/thn ; 24 jam/hari Satuan Panas = Kj/hari Suhu Reffrence = 25 oC = 298 K 1. Ammonia Vaporizer (V-111)


Tabel 4.1 Neraca Panas Ammonia Vaporizer Neraca Energi Total

Masuk (kJ) Keluar (kJ) H3 -5360.869 H4 174462.057 Q s 4413105.5 Q loss 220655.28

TOTAL 4407744.637 TOTAL 4407744.637

Aliran 3 258 K

Aliran 4 450 K

Steam 353 K

Steam condensat 323 K

IV-2 Bab IV NERACA PANAS


Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS

2. Compressor (G-112) Fungsi: untuk meningkatkan tekanan udara yang akan dijadikan

umpan ke dalam converter

Tabel 4.2 Neraca Panas Compressor

Neraca Energi Total

Masuk (kJ) Keluar (kJ)

H 1 2276856.563 H 2 49096767.38

Q supply 25394.36643 Q loss 2464205.83

TOTAL 51560973.210 TOTAL 51560973.210

Aliran 1 Aliran 2 Compressor

505 K

Steam, 473 K

308 K



Pabrik Asam Nitrat dari Amoniak dengan

Proses Oksidasi Program Studi D3 Teknik Kimia

FTI ITS

3. Mixer (M-113) Fungsi: Untuk mencampur udara dan ammonia yang akan

masuk ke converter

Tabel 4.3 Neraca Panas Mixer Neraca Energi Total

Masuk (kJ) Keluar (kJ) H 4 4438966.275 H 7 54542334.600 H 2 50103368.32

TOTAL 54542334.600 TOTAL 54542334.600

Aliran 5

MIXER 450 K

505 K

Aliran 4 Aliran7

528 K




4. Converter (R-110) Fungsi: Untuk Mengkonversi ammonia dan udara menjadi gas

NO dengan % konversi 95%

Tabel 4.4 Neraca Panas Converter

Neraca Energi Total Masuk (kJ) Keluar (kJ)

H7 57813183.87 H8 130832846.37 Q supply 65166217.18 Q loss 3258310.86 ΔH reaksi 11111756.00 TOTAL 134091157 TOTAL 134091157

steam

Steam condensat

918 K

303 K

Aliran 7

Aliran 8

528K




FTI ITS

5. Cooler (E-114) Fungsi: Untuk menurunkan temperatur gas reaksi yang keluar dari converter

Tabel V.5 Neraca Panas Cooler


H 8 150877611.719 H 9 142515701.822 Q diserap 8288565.241 ΔH reaksi 73344.657

TOTAL 150877611.719 TOTAL 150877611.719

Cooler

Cooling Water

Aliran 8 Aliran 9

868 K

303 K

Cooling water 323 K

918 K




6. Waste Heat Boiler (E-115) Fungsi: Menurunkan temperatur gas yang keluar dari cooler

membentuk senyawa N2O4

Tabel 4.6 Neraca Panas Waste Heat Boiler


H9 141455821.14 H10 60326096.32 Q diserap 81016416.46 ΔH reaksi 113308.358

TOTAL 141455821.14 TOTAL 141455821.14

WASTE HEAT BOILER

Aliran 9 Aliran 10

868 K 553 K

303 K

323 K Cooling water

Cooling water




FTI ITS

7. Tail Gas Pre-Heater (E-117) Fungsi: Menurunkan temperatur gas yang keluar dari platinum filter

Tabel 4.7 Neraca Panas Tail Gas Pre-Heater Neraca Energi Total

Masuk (kJ) Keluar (kJ) H 12 33384732.95 H 14 6994424.389 H15 880125.226 Q diserap 25191765.9 ΔH reaksi 318417.449 TOTAL 33384732.947 TOTAL 33384732.947

Aliran 11 560 K

Aliran 12 458 K

Tail Gas (Aliran17) 320 K

Tail Gas (Aliran 13) 508 K




8. Condensor (E-118) Fungsi: Menurunkan temperatur gas yang keluar dari Tail Gas Pre-Heater, dan mengkondensatkan asam nitrat lemah yang didapatkan.

Tabel 4.8 Neraca Panas Condensor Neraca Energi Total

Masuk (kJ) Keluar (kJ) H 12 33384732.95 H 14 6994424.389 H15 880125.226 Q diserap 25191765.9 ΔH reaksi 318417.449 TOTAL 33384732.947 TOTAL 33384732.947

Aliran12 458 K

Aliran14 333 K

Cooling water 323 K

Cooling water 303 K

Aliran 15 339 K

Aliran 14 333 K




FTI ITS

9. Oxidation Unit (X-121) Fungsi: Mengoksidasi NO menjadi NO2

Tabel 4.9 Neraca Panas Oxidation Unit


H 14 6829825.787 H 16 8641272.448 H 20 1002030.661 ΔH reaksi 809416.3989 TOTAL 8641272.448 TOTAL 8641272.448

OXIDATION

UNIT Aliran 14

333 K

Aliran 20

Aliran 16 413 K

326 K




10. Secondary Cooler (E-1 22) Fungsi: Menurunkan suhu gas reaksi yang akan masuk ke dalam absorber

Tabel 4.10 Neraca Panas Secondary Cooler Neraca Energi Total

Masuk (kJ) Keluar (kJ) H16 26097103.38 H17 8923869.07 Q diserap 17243805.7 ΔH reaksi -70571 TOTAL 26097103.38 TOTAL 26097103.38

Aliran 17 338 K

Cooling water 323 K

Cooling water 303 K

Aliran 16 413 K




FTI ITS

11. Absorber (D-120) Fungsi: untuk mengabsorb gas reaksi dengan air agar menjadi HNO3.

Tabel 4.11 Neraca Panas Absorber


H 17 8923869.07 H 18 2504983.33 H 15 858658.76 Tail gas (H 19) 3732915.34 Q diserap 2422163.03 ΔH reaksi 1122466.128 TOTAL 9782527.82 TOTAL 9782527.82


ABSORBER

Cooling water 323 K

Aliran 17 338 K

Aliran 15 338 K

Aliran 18 318 K

cooling water 303 K

V-1

BAB V SPESIFIKASI ALAT

1. Waste Heat Boiler(E-115)

Fungsi : untuk menurunkan suhu gas reaksi yang keluar dari converter dari 595oC ke 280oC

Jenis : 1 – 2 shell and tube Heat Exchanger Jumlah : 1 Shell Side Inside Diameter : 12 in Baffle space : 4 in Passes : 1 Tube side Jumlah tube : 76 Panjang : 16 ft OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in square Passes : 2 2. POMPA SENTRIFUGAL (L-123) Nama Alat : Pompa sentrifugal

Fungsi :Untuk memompa asam nitrat ke absorber Efisiensi Pompa : 62% Bahan : commercial steel Daya Pompa : 0,5 Hp Efisiensi Motor : 80 % Power Motor : 0,15 Hp Pump kW power : 0,014 Hp Ukuran pipa : ½ in, sch num 40 Diameter pipa dalam : 0,622 in Diameter pipa luar : 0,840 in Power motor penggerak: 0,014 hp

V-2 Bab V Spesifikasi Alat

Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan

Bakteri Fakultatif Anaerob

Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS

3. CONVERTER (R-110) Fungsi : untuk mengkonversi NH3 menjadi NO Jenis tutup atas : Standart dished head

Bahan kontruksi : Carbon Steel SA-283 Grade C Tipe sambungan : double welded but joint ID shell : 2,446 ft OD shell : 2,61 ft Panjang shell : 3,67 ft Tebal shell : 1 in Tebal tutup atas : ½ in ID nozzle : 39,4 in OD nozzle : 40 in

VI-1

BAB VI UTILITAS

Untuk membantu pelaksanaan proses dan operasi pabrik,

diperlukan adanya unit pembantu yang menyediakan kebutuhan pabrik. Dalam suatu industri, unit utilitas merupakan sarana penunjang dari suatu proses utama yang ada dalam proses produksi. Oleh karena itu unit utilitas memegang peranan yang penting dalam pelaksanaan operasi dan proses. Sarana utilitas dalam pabrik Asam Nitrat ini antara lain : 1. Air Air pabrik asam nitrat dari amonia dengan proses oksidasi ini

digunakan sebagai air pendingin, air sanitasi, dan air proses. 2. Steam Steam dalam pabrik digunakan sebagai pemanas. 3. Listrik Listrik berfungsi sebagai tenaga penggerak dari berbagai

peralatan proses serta untuk penerangan. 4. Bahan bakar Bahan bakar digunakan untuk bahan bakar boiler, pembangkit

tenaga listrik dan untuk pembakaran lainnya. VI.1 Air

Jika dilihat dari unit pengolahan air industri kimia, sebagian besar bahan yang digunakan adalah air. Kebutuhan air pabrik direncanakan diambil dari air sungai karena air merupakan pelarut yang baik, tetapi untuk mendapatkan air secara murni dari alam sangat sukar karena merupakan solvent yang umum/ universal, dan secara praktis semua zat larut kedalamnya dalam berbagai tingkat. Oleh sebab itu diperlukan pengolahan terlebih dahulu sebelum digunakan dengan cara penyaringan untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang bersifat makro maupun yang bersifat mikro sebelum masuk bak penampung.

Air dalam bak penampung kemudian dilakukan pengolahan lebih lanjut yang disesuaikan dengan keperluan. Untuk

VI-2 Bab VI UTILITAS

Pabrik Asam nitrat dari amonia dengan

Proses Oksidasi Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS

menghemat pemakaian air diperlukan sirkulasi. Adapun kegunaan air dalam pabrik ini adalah :

1. Untuk air sanitasi Air sanitasi digunakan untuk keperluan minum, masak,

cuci, mandi, dan sebagainya. Pada umumnya air sanitasi harus memenuhi syarat kualitas yang ditentukan sebagai berikut :

Syarat fisik : Suhu di bawah suhu udara Warna jernih Tidak berasa Kelarutan = 1 mg SiO3/lt

Syarat kimia : pH = 6,5 – 8,5 Tidak mengandung zat terlarut berupa zat organik

dan zat anorganik Tidak mengandung zat-zat beracun Tidak mengandung logam berat, seperti Pb, Ag,

Cr, Hg Syarat Biologi :

Tidak mengandung kuman dan bakteri, terutama bakteri patogen

Bakteri Echerichia Coli kurang dari 1/100 ml. 2. Untuk air pendingin

Sebagian besar air digunakan sebagai air pendingin karena dipengaruhi oleh faktor- faktor sebagai berikut :

Air merupakan materi yang mudah didapat dalam jumlah besar

Mudah diatur dan dijernihkan Dapat menyerap jumlah panas yang besar per satuan

volume Tidak mudah menyusut dengan adanya perubahan

temperatur dingin Tidak terdekomposisi

Syarat air pendingin tidak boleh mengandung : Hardness



Dengan proses oksidasi Program Studi D3 Teknik Kimia

FTI ITS

Memberikan kecenderungan membentuk kerak pada alat-alat proses.

Besi Menyebabkan korosi pada alat.

Silika Menyebabkan pembentukan kerak.

Minyak Menyebabkan terganggunya film corossion pada inhibitor, menurunkan heat transfer dan memicu pertumbuhan mikroorganisme. Mengingat kebutuhan air pendingin cukup besar, maka

perlu digunakan sistem sirkulasi untuk menghemat air yang diambil dari sungai dengan memakai cooling water.

3. Untuk air proses

Air proses adalah air yang dipakai sebagai bahan baku dan bahan pembantu proses. Beberapa hal yang harus diperhatikan untuk air proses adalah :

o Alkalinitas o Kekeruhan o Warna o Air yang digunakan tidak mengandung Fe dan Mn

4. Untuk air umpan boiler

Air umpan boiler adalah air yang akan menjadi fase uap di dalam boiler, dimana telah mengalami perlakuan khusus antara lain penjernihan dan pelunakan, walaupun air terlihat bening atau jernih, namun pada umumnya masih mengandung larutan garam dan asam yang dapat merusak peralatan boiler. Air umpan boiler harus memenui persyaratan sebagai berikut :

o pH = 8,5 – 9,5 o Hardness = 1 ppm sebagai CaCO3 o O2 terlarut = 0,02 ppm o CO2 terlarut = 25 ppm o Fe3+ = 0,05 ppm




o Ca2+ = 0,01 ppm o SiO2 = 0,1 ppm o Cl2 = 4,2 ppm

Setelah dari unit pengolahan, air ini digunakan sebagai air umpan boiler, yang terlebih dahulu dilakukan pelunakan air. Tujuannya adalah untuk menghilangkan ion Mg2+ dan Ca2+ yang dapat menyebabkan pembentukan kerak. Kerak akan menghalangi proses perpindahan panas sehingga menyebabkan over-heating yang memusat dan dapat menyebabkan pecahnya pipa. PROSES PENGOLAHAN AIR

Beberapa tahapan pengolahan air, diantaranya : 1. Pengolahan secara fisika

Pengolahan secara fisika dilakukan dengan cara mengendapkan kotoran yang terikut. Air dipompa dari sungai, yang sebelumnya disaring untuk mengurangi kotoran seperti sampah, dan lain-lain. Setelah itu dimasukkan dalam bak skimming, sehingga kotoran-kotoran seperti pasir akan mengendap, sedangkan air secara overflow dari skimming dialirkan ke bak koagulator dan flokulator. 2. Pengolahan secara kimia

Dilakukan untuk memisahkan kontaminan yang terlarut dengan cara penambahan koagulan dan flokulan. Pada bak koagulator dan flokulator dilengkapi dengan pengadukan cepat (80-100 rpm) dan pengadukan lambat (4-8 rpm). Dalam bak koagulator ditambahkan bahan kimia yaitu Al2(SO4)3.8H2O/tawas dan dalam bak flokulator ditambahkan Ca(OH)2) dengan dosis yang disesuaikan dengan kekeruhan air sungai.

Setelah bahan-bahan tersebut ditambahkan dalam bak koagulator kemudian dilakukan pengadukan cepat agar air dapat bercampur dengan koagulan hingga merata. Kemudian dilanjutkan dengan pengadukan lambat untuk memperbesar flok-flok sehingga menjadi lebih berat dan lebih cepat mengendap ke




FTI ITS

bagian bawah. Dari bak flokulator secara overflow air dialirkan ke bak sedimentasi. Setelah dilakukan pengendapan pada bak sedimentasi kemudian air secara overflow masuk pada bak penampungan. Air jernih yang dihasilkan pada bak penampungan secara overflow dialirkan ke dalam sand filter untuk menangkap partikel-partikel kecil yang melayang dalam air yang tidak terendapkan dengan sistem gravitasi. Pemilihan sistem gravitasi ini mempunyai beberapa keuntungan jika dibandingkan dengan sistem pressure. Pada sistem gravitasi, air yang disaring dilewatkan melalui bagian atas tangki sehingga tidak membutuhkan tekanan untuk menyaring dan tidak menyebabkan gesekan keras antara pasir, air dan dinding tangki yang dapat menimbulkan pecahnya tangki akibat tekanan. Partikel tersebut akan tertahan oleh butiran pasir dan kerikil, air yang lolos merupakan air yang jernih dan bersih yang kemudian ditampung dalam bak penampung air bersih. Dari bak penampung air bersih kemudian dipompa ke bak distribusi untuk mendistribusikan ke masing-masing unit.

Untuk mendapatkan air sanitasi dari bak air bersih kemudian ditambahkan desinfektan (kaporit/Ca(OCl)2) untuk membunuh kuman-kuman dan bakteri yang merugikan selanjutnya dipompa dan ditampung dalam bak air sanitasi. Air sanitasi dipompa dan dapat digunakan untuk keperluan laboratorium, kantor, masak, mandi, mencuci, taman dan sebagainya. Untuk air pendingin, air dari bak air bersih dipompa menuju bak air pendingin dan dapat digunakan untuk proses pendinginan dengan mendistribusikannya melalui pompa. Pada atmospheric cooling tower berfungsi untuk mendinginkan air pendingin yang telah digunakan dan akan disirkulasi. Pelunakan Air Untuk mengurangi Kesadahan

Air umpan boiler sebelum digunakan memerlukan pengolahan terlebih dahulu, pelunakan air umpan boiler dilakukan dengan pertukaran ion dalam kation. Mula-mula air bersih dari bak penampungan air bersih dipompa kemudian




dilewatkan pada kation exchanger untuk penyaringan ion-ion (+) dimana ion-ion yang dapat menyebabkan terjadinya kerak pada sistem perpipaan terutama pada peralatan pabrik dengan menggunakan bed Na. Reaksi pada Kation Exchanger : R (-SO3Na)2 + Ca(HCO3)2 R (-SO3)2Ca + 2NaHCO3 ......(11) R (-SO3Na)2 + MgSO4 R (-SO3)2Mg + 2Na2SO4 …........ (12)

Kemudian didistribusikan ke bak air proses, bak air umpan boiler air bebas dari ion-ion kesadahan yang mengganggu.

VI.2 STEAM

Steam mempunyai peranan yang sangat penting dalam menunjang proses produksi. Steam digunakan sebagai media pemanas. Steam yang digunakan dalam pabrik ini adalah steam jenuh (saturated steam). VI.3 LISTRIK

Listrik berfungsi sebagai tenaga penggerak dari berbagai peralatan proses maupun untuk penerangan. Kebutuhan listrik di pabrik Biohydrogen ini diperoleh dari dua sumber, yaitu: a. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD), digunakan untuk

cadangan jika listrik padam atau apabila daya dari PLN tidak mencukupi. Daya yang dihasilkan dari PLTD ini sebesar 250 kVA, 50 Hz.

b. Perusahaan Listrik Negara (PLN), merupakan sumber listrik utama dari Pabrik Asam Nitrat ini. Daya yang diperoleh dari PLN sebesar 2,8 kVA dimana pemakaiannya diturunkan 380 Volt dengan menggunakan trafo step down.

VI.4 BAHAN BAKAR

Kebutuhan bahan bakar pada pabrik asam nitrat ini berasal dari bahan bakar berupa natural gas. Bahan bakar ini digunakan untuk pengadaan steam oleh boiler.




FTI ITS

VI.5 Perhitungan Kebutuhan Air VI.5.1 Air Sanitasi

Menurut Metcalf et.al (1991) kebutuhan air domestik untuk tiap orang adalah 40-100 liter per hari, untuk keperluan sanitasi dibutuhkan 0,1 m3/hari untuk setiap karyawan (diambil 100 liter per hari). Untuk 350 orang karyawan = 35 m3/hari = 1.46 m3/jam = 1.460 lt/jam = 35.040 lt/hari Asumsi kebutuhan air sanitasi pada laboratorium dan taman pabrik sekitar 50 % dari kebutuhan sanitasi karyawan Maka = 0.5 x 1.460 lt/jam = 730 lt/jam = 17.520 lt/hari Maka kebutuhan air sanitasi sebesar: = 1.460 + 730 = 2190 lt/jam = 52.560 lt/hari = 52.56 m3/hari VI.5.2 Air Pendingin

Kebutuhan air pendingin pada Pabrik Asam Nitrat ini adalah: Tabel 6.1 Kebutuhan Air Pendingin

No Nama alat Massa satuan 1 Cooler 99003.4071 kg/hari 2 Waste Heat Boiler 967706.838 kg/hari 3 Condensor 300904.992 kg/hari 4 Secondary Cooler 205970 kg/hari 5 Absorber 31961.9241 kg/hari

TOTAL 1605547 kg/hari Densitas air pada suhu 30 °C = 995.68 kg/m3 (Geankoplis, 2003) Kebutuhan air pendingin = 1605547 kg/hari 995.68 kg/m3 = 1612.513 m3/hari




VI.5.3 Air Proses Kebutuhan air proses dalam pabrik Biohydrogen meliputi:

Tabel 6.2 Kebutuhan Air Proses No Nama alat Massa satuan 1 Absorber 17130.098 kg/hari

TOTAL 17130.098 kg/hari Sehingga kebutuhan air proses pada pabrik Asam Nitrat adalah = 17130.098 kg/hari 995.68 kg/m3 = 17.2044 m3/hari VI.5.4 Air Umpan Boiler

Kebutuhan steam pada Pabrik Asam Nitrat ini meliputi:

Tabel 6.3 Kebutuhan Air Umpan Boiler No Nama alat Massa Satuan 1 Ammonia Vaporizer 1670 kg/hari 2 Compressor 25394.366 kg/hari 3 Converter 33586.5 kg/hari

TOTAL 60650.87 kg/hari Air umpan boiler yang dibutuhkan = steam yang dibutuhkan, sehingga kebutuhan air boiler = 60650.87 kg/hari 995.68 kg/m3 = 60.914 m3/hari Total (tanpa resirkulasi) = air sanitasi+air pendingin +air umpan boiler + air proses = 52.56 + 1612.513 + 60.914 + 17.2044 = 1743.1914 m3/hari Penghematan dapat dilakukan dengan cara resirkulasi. Air yang dapat diresirkulasi dapat diasumsikan: 95 % dari air pendingin kembali ke cooling tower 90 % dari kondensat kembali ke air umpan boiler




FTI ITS

Sehingga air pendingin yang direserkulasi = 95 % x 1612.513 m3

= 1531.887 m3

Sedangkan air kondensat yang diresirkulasi = 90 % x 60.914 m3 = 54.823 m3 Jadi total air yang diresirkulasi adalah = 1531.887 m3 +54.823 m3 = 1586.71 m3 Make up water = 10 % dari air pendingin + 20 % dari air umpan boiler = 10% x 1612.513 m3+ 20 % x 60.914 m3

= 161.25 m3 + 12.1828 m3 = 173.4328 m3

Tabel 6.4 Kebutuhan Air yang Dibutuhkan Dari Sungai No Nama alat Massa satuan 1 Air Sanitasi 52,56 m3/hari 2 3

Air Pendingin Air Proses

1612.513 17.2044

m3/hari m3/hari

4 Air Umpan Boiler 60.914 m3/hari TOTAL 1743.1914 m3/hari

VII-1

BAB VII KESEHATAN DAN KESELAMATAN KERJA

VII.1 Pendahuluan Kesehatan dan keselamatan kerja merupakan faktor utama yang harus diperhatikan secara serius karena berhubungan erat dengan kelancaran operasional dalam pabrik. Dalam industri besar sekalipun, harus tetap memperhatikan faktor kesehatan dan keselamatankerja, karena dengan adanya kesehatan dan keselamatan kerja yang baik akan meningkatkan produktivitas kerja karena para pekerja merasakan kenyamanan dan keamanan untukmelakukan kerja dalam pabrik. Agar para pekerja dapat bekerja dengan baik dan aman, maka peralatan yang membahayakan harus dilengkapi alat pengamanan. Dengan pula para pekerja yang menjalankan tugasnya ditempat-tempat yang berbahaya harus menggunakan alat pelindung diri. Adapun pengertian dari keselamatan kerja yaitu keselamatan yang berhubungan dengan mesin, peralatan kerja, bahan, dan proses pengolahannya, landasan tempat kerja dan lingkungannya serta cara-cara melakukan pekerjaan. Dalam hal ini sasarannya pada segala tempat kerja, baik di darat, di dalam tanah, di permukaan air, di dalam air maupun di udara, serta tersebar pada kegiatan ekonomi, misal pertanian, perhubungan, jasa dan lain-lain. Sedangkan pengertian dari kesehatan kerja yaitu kesehatan yang berhubungan dengan proses atau jalannya suatu produktivitas. Dalam arti bahwa kesehatan para karyawan merupakan hal penting dalam suatu proses produksi, karena dengan kondisi kesehatan dan stamina yang baik seseorang akan dapat melakukan pekerjaan dengan baik pula, serta dapat meningkatkan kualitas produksi maupun jasa yang menjadi tugasnya.

o Tujuan dari Keselamatan Kerja Adapun tujuan dari keselamatan kerja yaitu:

VII-2


dengan proses oksidasi Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS

Bab VII KESEHATAN DAN KESELAMATAN KERJA

1) melindungi tenaga kerja atas hak dan keselamatannya ketika melakukan pekerjaan untuk kesejahteraan hidup dan meningkatkan produksi serta produktivitas nasional

2) menjamin keselamatan tiap orang yang berada di tempat kerja

3) sumber produksi dipelihara dan dipergunakan secara umum dan efisien

4) memenuhi persyaratan hukum yang telah ditentukan oleh pemerintah Republik Indonesia

o Penyebab Kecelakaan Secara umum penyebab kecelakaan kerja digolongkan menjadi 2 golongan,yaitu: 1) Tindakan manusia yang tidak aman (unsave human

act) yaitu: kurang pengetahuan dan ketrampilan menggunakan alat yang salah kurang motivasi kerja dan kesadaran akan

lingkungan kerja bergurau di tempat kerja terlalu lelah

2) Kondisi yang tidak aman (unsave condition), kondisi-kondisi tersebut misalnya : alat pelindung diri yang tidak memenuhi syarat peralatan kerja atau mesin yang tidak memenuhi

syarat sistem pemberian tanda atau peringatan yang

kurang keadaan lingkungan kerja yang kurang memenuhi

syarat o Alat Pelindung Diri

Berdasarkan fungsinya alat pelindung diri dapat dibagi menjadi: 1) Alat pelindung kepala

VII-3



FTI ITS


Alat pelindung kepala berfungsi untuk melindungi kepala dari jatuhnya alat-alat industri serta benturan-bnturan benda yang keras dan juga dari panas radiasi, api dan percikan bahan-bahan kimia korosif. Yaitu Safety Helmet dan Hood yang digunakan untuk melindungi kepala pekerja di unit pembuatan bubur ubi kayu, dimana resiko tertimpa alat-alat berat sangat besar

2) Alat pelindung mata Alat pelindung mata (goggles dan spectacle) dipakai untuk melindungi mata dari percikan bahan-bahan kimia korosif, serta gas atau asap yang dapat menyebabkan iritasi pada mata.

3) Alat pelindung telinga Alat pelindungi telinga bekerja sebagai penghalang antara sumber bunyi dan telinga bagian dalam. Selain berfungsi untuk melindungi telinga karena kebisingan bisa menyebabkan tuli. Alat pelindung telinga juga dapat melindungi telinga dari percikan api, atau logam-logam yang panas. Alat pelindung telinga harus digunakan jika kebisingan atau tingkat suara di tempat kerja melebihi 85 desibel. Alat pelindung telinga dapat dibedakan menjadi:

a. sumbat telinga (Ear plug) b. tutup telinga (Ear muff)

4) Alat pelindung pernafasan Terdapat dua jenis alat pelindung pernafasan (respirator) yaitu:

a. Air purifying respirator b. Air supplying respirator

Sedangkan alat yang digunakan pada pabrik ini adalah Air purifying respirator yang berfungsi untuk melindungi pemakainya dari debu, gas-gas, uap, dan kabut. Alat ini juga dipakai bila toksinitas zat kimia

VII-4




dan kadarnya dalam udara tempat bekerja rendah. Alat ini bekerja dengan cara filtrasi dan adsorbsi.

5) Alat pelindung tangan Berfungsi melindungi tangan dari bahan-bahan panas, mudah korosif, dan dari bahaya arus cepat dari listrik. Alat yang biasa digunakan adalah sarung tangan karet, sarung tangan kulit/PVC yang berlapiskan krom. Biasanya alat ini dipakai oleh karyawan operating unit power station.

6) Alat pelindung kaki Alat ini berfungsi untuk melindungi kaki dari jatuhnya benda-benda keras, terperciknya aliran panas atau larutan asam yang korosif, kebakaran. Alat pelindung kaki ini berupa sepatu karet.

Tabel 7.1 Identifikasi Hazard Materia pada Pabrik NO Senyawa Hazardous 1. NH3 Bersifat korosif, dapat menyebabkan

iritasi jika terjadi kontak dengan mata, dapat menyebabkan luka bakar jika kontak dengan kuulit

2. HNO3 Korosif, dapat menyebabkan iritasi pada area kontak, cair dapat menyebabkan luka bakar pada kulit dan mata

VII.2. Usaha-usaha Kesehatan dan Keselamatan Pabrik Asam

Nitrat

a. Bahan Baku 1. Ammonia (NH3)

Bahan baku ammonia ini disimpan Alat pelindung paru-paru masker dengan FilterAmoniak atau

respirator udara, mata dengan safety goggles dan pelindung muka, kulit dengan sarung tangan atau gloves (neoprene, karet, PVC karet butil)

VII-5



FTI ITS


Untuk penanganan dan penyimpanan, simpan pada tempat dingin, kering dan berventilasi serta jauh dari polusi, hindarkan dari asam, oksidator, halide etoksi, logam alkali dan kalium klorat

Pemasangan tanda bahaya dan pemadam api disekitar penyimpanan.

b. Alat 1. Converter

Pada daerah di sekitar converter dipasang rambu peringatan tentang daerah berbahaya.

Dilakukan pembersihan dan pengecekan alat secara berkala. Pemasangan level, temperatur indikator untuk mengetahui,

mendeteksi dan mengontrol kondisi operasi. Pemasangan tangga dan ada pegangannya untuk

mempermudah dalam pengontrolan tangki. Alat pelindung kepala (Safety helm), alat pelindung kaki

(Safety Shoes), dan lat pelindung telinga (ear plug). 2. Cooler

Dipasang drain hole untuk pembersihan Dilengkapi dengan isolator untuk mencegah terjadinya

radiasi panas yang tinggi. Dilakukan pengecekan terhadap material secara berkala

untuk menghindari adanya kebocoran atau kecelakaan kerja. Alat pelindung kepala (Safety helm), alat pelindung kaki

(Safety Shoes), dan lat pelindung telinga (ear plug). 3. Boiler

Dilengkapi dengan isolasi. Dilengkapi dengan “Pressure Safety Valve” (untuk

mengukur tekanan pada boiler). Alat pelindung kepala (Safety helm), alat pelindung kaki

(Safety Shoes), dan lat pelindung telinga (ear plug). 4. Pompa

Bagian “propeller” dilengkapi dengan “casting”

VII-6




Bagian kopling (yang menghubungkan “propeller” dan motor) harus selalu tertutup dan dilengkapi dengan strainer (saringan atau filter) yang digunakan untuk menyaring kotoran agar tidak masuk pompa.

Harus cek valve secara berkala untuk mencegah timbulnya aliran balik.

Diletakkan pada lantai dasar untuk keselamatan dan untuk kemudahan operator.

Alat pelindung kepala (Safety helm), alat pelindung kaki (Safety Shoes), dan lat pelindung telinga (ear plug).

5. Heater Dilengkapi dengan valve pada “Exchanger” tersebut. Dipasang “drain hole” secukupnya untuk pembersihan. Harus selalu diadakan tes, baik terhadap material,

kebocoran dan lain-lainnya pada waktu-waktu tertentu. 6. Tangki

Dijaga kemungkinan terjadinya kebocoran. Alat pelindung kepala (Safety helm), alat pelindung kaki

(Safety Shoes), alat pelindung tangan atau sarung tangan. 7. Blower

Diletakkan dalam udara terbuka sehingga sirkulasi udara tetap terjaga dengan baik.

8. Sistem perpipaan Pipa-pipa harus dipasang secara efektif supaya mudah

menghantarkan fluida proses atau utilitas tanpa adanya kehilangan energi atau massa dalam waktu yang tepat.

Pipa-pipa tersebut juga harus diletakkan di tempat yang terjangkau dan aman agar mudah pengecekan, perbaikan, serta tidak mengganggu jalannya proses maupun kegiatan pekerja.

Untuk pipa yang dilalui fluida panas harus diberi isolasi (berupa sabut atau asbes) dan diberi sambungan yang dapat memberikanfleksibilitas seperti belokan U (U-bed), tee.

VII-7



FTI ITS


Pemilihan valve yang sesuai untuk menghindari peledakan yang diakibatkan oleh pemuaian pipa.

Pada sistem perpipaan digunakan pengecatan secara berbeda pada tiap aliran fluida, misalnya fluida panas digunakan pipa yang sudah di cat warna merah, sedangkan fluida dingin digunakan warna biru, serta pengecekan secara berkala oleh petugas K3.

Untuk mempermudah identifikasi kebocoran pipa, maka perpipaan diletakkan di atas tanah.

Susunan valve dan perpipaan diatur dengan baik sehingga sangat membantu safety dan diatur sedemikian rupa supaya transportasi tidak terganggu.

Pipa steam dilosped dan dipasang block valve sehingga steam bisa didatangkan dari berbagai arah seandainya terjadi kerusakan pada pipa steam.

Dipasang fire stop pada semua sistem pengeluaran untuk mencegah penyebaran kebakaran.

Dipasang isolasi yang baik untuk pipa steam dan pipa air panas agar tidak ada bahaya kebakaran kulit apabila tersentuh oleh karyawan atau petugas dan selain untuk mencegah panas yang hilang.

Sambungan dipasang dan dikontrol dengan baik. c. Produk

Pemasangan temperatur, pressure, level indikator untuk mengetahui, mengontrol kondisi dalam tangki.

Alat pelindung kepala (Safety helm), alat pelindung kaki (Safety Shoes), dan alat pelindung pernafasan (masker)

VII. 3. Instalasi Pemadam Kebakaran

Instalasi semacam ini mutlak untuk setiap pabrik karena bahaya kebakaran mungkin terjadi dimanapun, terutama di tempat. tempat yang mempunyai instalasi pelistrikan. Kebakaran dapat disebabkan karena adanya api kecil, kemudian secara tidak terkontrol dapat menjadi kebakaran besar. Untuk meminimalkan

VII-8




kerugian material akibat bahaya kebakaran ini setiap pabrik harus memiliki dua macam instalasi pemadam kebakaran, yaitu : Instalasi tetap : hydran, sprinkel, dry chemical power Instalasi tidak tetap : fire extinguisher

Untuk instalasi pemadam tetap perangkatnya tidak dapat dibawa-bawa, diletakkan ditempat . tempat tertentu yang rawan bahaya kebakaran, misalnya : dekat reaktor, boiler, diruang operasi (Operasi Unit), atau power station. Sedangkan instalasi pemadam kebakaran tidak tetap perangkatnya dapat dibawa dengan mudah ke tempat dimana saja. Upaya pencegahan dan penanggulangan kebakaran di pabrik ini adalah : 1. Peralatan seperti boiler atau peralatan lain yang mudah

terbakar (meledak) diletakkan dibagian bawah serta dijauhkan dari peralatan lain

2. Antara unit satu dengan unit yang lainnya diberi jarak yang cukup, tidak terlalu berdekatan untuk menghambat laju api dan memberi ruang yang cukup bagi usaha pemadaman bila sewaktu-waktu terjadi kebakaran.

3. Bangunan-bangunan seperti : workshop (bengkel perbaikan), laboratorium quality control, serta kantor administrasi diletakkan terpisah dari operating unit dan power station

4. Memberlakukan larangan merokok di lokasi pabrik 5. Memberlakukan larangan membersihkan peralatan dengan

menggunakan bensin atau solar 6. Menempatkan instalasi pemadam kebakaran tetap berupa

hydran, dry chemical dan foam extinguisher di tempat . tempat yang rawan bahaya kebakaran serta memiliki satu unit kendaraan pemadam kebakaran beserta anggota yang terlatih dan terampil

7. Menyediakan tabung . tabung pemadam api disetiap ruangan

VIII-1

BAB VIII ALAT UKUR DAN INSTRUMENTASI

VIII.1 ALAT UKUR DAN INSTRUMENTASI

Instrumen merupakan bagian yang penting dari peralatan proses suatu industri. Dengan adanya sistem instrumentasi tersebut, maka bagian-bagian yang penting dari pabrik yang memerlukan pengawasan rutin dapat dikontrol dengan baik.

Instrumen ditujukan untuk memonitor variabel proses yang kritis dilengkapi dengan alarm yang otomatis, untuk mengingatkan operator akan kondisi yang kritis dan berbahaya.

Adapun tujuan utama dari pemasangan alat instrumentasi adalah : 1. Untuk menjaga suatu proses instrumentasi tetap aman.

Menjaga variabel-variabel proses berada dalam batas operasi yang aman.

Mendeteksi timbulnya kondisi yang berbahaya sedini mungkin dan membuat tanda bahaya serta interlock otomatis jika kondisi ini timbul.

2. Menjaga rate produksi sesuai dengan yang dikehendaki. Menjaga kualitas berada dalam standart yang ditetapkan. Menekan biaya produksi serendah mungkin dengan tetap

memperhatikan faktor-faktor lain. Dalam pengendalian otomatis, terdapat beberapa elemen yang

memegang peranan penting, antara lain : 1) Sensing Element

Bagian suatu ujung suatu sistem pengukuran (measuring system). Pada bagian ini juga dapat disebut sebagai sensor atau primary element.

2) Transmitter Bagian yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing

element, dan mengubah menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh controller.

VIII-2 Bab VIII Alat Ukur dan Instrumentasi


Dengan proses oksidasi Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS

3) Controller Elemen yang berfungsi membandingkan set point dengan

besaran yang terukur pada transmitter. Controller sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan sebuah proses.

4) Final control element Bagian akhir dari instrumentasi sistem pengendalian,

yang berfungsi untuk mengubah besaran yang diukur dengan cara memanipulasi besarnya manipulated variable berdasarkan perintah controller. Aplikasi alat ukur membutuhkan pertimbangan atas empat hal, yaitu :

Karakteristik proses yang akan diukur. Kemampuan pengukuran merepresentasikan karakteristik

atau kondisi yang diukur. Jenis indikasi pengukuran yang mengacu pada operasi

proses aktual. Cara penggunaan output instrumen.

Suatu variable proses merupakan sebuah kondisi dari

fluida proses (cairan atau gas) yang dapat diubah dalam proses manufaktur. Variabel-variabel prose situ meliputi (PA Control, 2006):

1. Tekanan 2. Aliran 3. Level 4. Temperatur 5. Densitas 6. pH (acidicity atau alkalinity) 7. Bidang antar muka cairan 8. Massa 9. Konduktivitas

Secara umum, kerja dari alat-alat instrumentasi dapat

dibagi dua bagian yaitu operasi secara manual dan operasi secara



dengan proses oksidasi Program Studi D3 Teknik Kimia

FTI ITS

otomatis. Penggunaan instrument pada suatu peralatan proses bergantung pada pertimbangan ekonomis dan system peralatan itu sendiri. Pada pemakaian alat-alat instrument juga harus ditentukan apakah alat-alat itu dipasang pada peralatan proses (manual control) atau disatukan dalam suatu ruang control yang dihubungkan dengan bagian peralatan (automatic control) (Perry, 1999).

Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam instrument-instrumen adalah:

1. Range yang diperlukan untuk pengukuran 2. Lecel instrumentasi 3. Ketelitian yang dibutuhkan 4. Bahan konstruksinya 5. Pengaruh pemasangan instrumentasi pada kondisi

proses (timmerhaus,2004) Alat-alat control yang biasa dipakai pada peralatan proses

antara lain: 1. Temperature Controller (TC)

Adalah alat instrument yang digunakan sebagai alat pengatur suhu atau pengukur sinyal mekanis atau listrik. Pengaturan temperature dilakukan dengan mengatur jumlah material proses yang harus ditmbahkan/dikeluarkan dari dalam suatu proses yang sedang bekerja.

Prinsip kerja: Rate fluida masuk atau keluar alat dikontrol oleh diafragma valve. Rate fluida ini memberikan sinyal kepada TC untuk mendeteksi dan mengukur suhu system pada sel point.

2. Pressure Controller (PC)

Adalah alat instrument yang dapat digunakan sebagai alat pengatur tekanan atau pengukur tekanan atau pengubah sinyal dalam bentuk gas sebagai sinyal mekanis. Pengatur tekanan dapat dilakukan dengan mengatur jumlah uap/gas yang keluar dari suatu alat dimana tekanannya ingin dideteksi.




Prinsip kerja: Pressure control (PC) akibat tekanan uap keluar akan membuka/menutup diafragma valve. Kemudian valve memberikan sinyal kepada PC untuk mengukur dan mendeteksi tekanan pada set point.

3. Flow Controller (FC) Adalah alat instrument yang bisa digunakan untuk

mengatur kecepatan aliran fluida dalam pipa line atau unit proses lainnya. Pengukuran kecepatan aliran fluida dalam pipa biasanya diatur dengan mengatur output dari alat, yang mengakibatkan fluida mengalir dalam pipe line.

4. Level controller (LC) Adalah alat /instrument yang dipakai untuk mengatur

ketinggian (level) cairan dalam suatu alat dimana cairan tersebut bekerja. Pengukuran tinggi permukaan cairan dilakukan dengan operasi dari sebuah control valve, yaitu dengan mengatur rate cairan masuk atau keluar proses.

Prinsip kerja: Jumlah aliran fluida diatur oleh control valve. Kemudian rate fluida melalui valve ini akan memberikan sinyal kepada LC untuk mendeteksi tinggi permukaan pada set point.

5. Pressure Idicator (PI) Merupakan alat untuk mengetahui tekanan aliran atau

tekanan operasi dari suatu alat. 6. Temperature Indicator (TI)

Merupakan alat untuk mengetahui temperature operasi dari suatu alat.

7. Level Indicator (LI) Level indicator (LI) merupakan instrument yang

digunakan untuk mengetahui tinggi suatu cairan dalam tangki.



dengan proses oksidasi Program Studi D3 Teknik Kimia

FTI ITS

Tabel 8.1 Alat Ukur dan Instrumentasi Pada Pabrik Asam Nitrat dari Ammonia

No Nama Alat Alat Ukur dan Instrumentasi 1. Converter (R-110) Temperature Controller (TC)

Level controller (LC) Pressure Indicator (PI)

2. Ammonia Vaporizer (V-111) Level controller (LC)

4. Compressor (G-112) Flow Control (FC) Temperrature Control (TC) Pressure control (PC)

5. Cooler (E-114) Temperatur controller (TC) 6. Waste Heat Boiler (E-115) Temperatur Controller (TC) 7. Platinum Filter (H-116) Flow controller (FC)

Temperatur Controller (TC) 8. Tail Gas Pre-Heater (E-117) Temperatur Controller (TC) 9. Cooler Condenser( E-118) Temperature controller (TC) 10. Absorber (D-120) Flow controller (FC)

Level controller (LC) Temperrature Control (TC) Pressure Indicator (PI)

11. Oxidation Unit (X-121) Temperature Controller (TC) Level Controller (LC)

12. Secondary Cooler (E-122) Temperatur Controller (TC) 13. Pompa (L-123) Flow Controller (FC) 14. Bleaching Coloum (X-124) Level Controller (LC) 15. Tangki Penampung Asam Nitrat

(F-125) Level Controller (LC)

IX-1

BAB IX PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI KIMIA

IX. 1. Sumber dan Karakteristik Limbah

Pabrik Asam Nitrat ini menghasilkan limbah dari proses produksi, dan proses utilitas sehingga diperlukan pengolahan untuk mencapai ketentuan yang berlaku sebelum dibuang guna untuk mencegah pencemaran lingkungan. Limbah yang dihasilkan, yaitu: 1. Limbah Gas

Limbah gas ini berasal dari tail gas atau gas buang yang berasal dari proses absorbsi pada alat absorber yang kemudian dialirkan ke tail gas pre-heater. Kandungan dari tail gas tersebut antara lain N2, O2, NO2 dan H2O.

2. Limbah Padat Limbah padat dari pabrik asam nitrat ini berupa lumpur yang berasal dari hasil pengendapan yang dihasilkan pada proses utilitas pabrik asam nitrat.

IX.2. Pengolahan Limbah

Proses pengolahan limbah yang dilakukan pada pabrik biohidrogen ini antara lain: 1. Limbah Gas

Pengolahan limbah gas secara teknis dilakukan dengan menambahkan alat bantu yang dapat mengurangi pencemaran udara. Pencemaran udara sebenarnya dapat berasal dari gas atau materi partikulat yang terbawa bersama gas tersebut. Berikut merupakan beberapa cara menangani pencemaran udara oleh limbah gas dan materi partikulat yang terbawa bersamanya. Mengontrol emisi gas buang

Gas-gas buang seperti sulfur oksida, karbon monoksida, dan hidrokarbon dapat dikontrol pengeluarannya melalui beberapa metode. Gas sulfur oksida dapat dihilangkan dari udara hasil pembakaran

IX-2 Bab IX Pengolahan Limbah Industri Kimia


Dengan proses oksidasi Program StudiD3 Teknik Kimia FTI ITS

bahan bakar dengan cara desulfurisasi menggunakan filter basah (wet scrubber).

a. Filter Udara Filter udara dimaksudkan untuk yang ikut keluar pada cerobong atau stack, agar tidak ikut terlepas ke lingkungan sehingga hanya udara bersih saja yang keluar dari cerobong. Filter udara yang dipasang ini harus secara tetap diamati (dikontrol), kalau sudah jenuh (sudah penuh dengan abu/ debu) harus segera iganti dengan yang baru.

b. Filter basah Nama lain dari filter basah adalah scrubber atau wet collectors. Prinsip kerja filter basah adalah membersihkan udara yang kotor dari bagian bawah alat. Pada saat udara yang berdebu .

Mengurangi emisi NOx.

Dapat dilakukan dengan teknologi denitrifikasi. Penerapannya dapat berupa perbaikan sistem boiler atau dengan memasang peralatan denitrifikasi pada saluran gas buang. Denitrifikasi dilakukan dengan menginjeksi amonia ke dalam peralatan denitrifikasi. Gas NOx di dalam gas buang akan bereaksi dengan amonia (dengan bantuan katalis) sehingga emisi NOx akan berkurang. Peralatan denitrifikasisering disebut Selective Catalytic Reduction (SCR). Dengan peralatan ini, NOx dalam gas buang dapat dikurangi sebesar 80-90 %.

2. Limbah Padat

Limbah padat berupa lumpur yang dihasilkan dari sistem pengolahan air (utilitas) umumnya masih memiliki kadar air yang cukup tinggi, tetapi akan menimbulkan masalah apabila langsung dibuang begitu saja dalam jumlah besar ke tempat penimbunan limbah padat. Lumpur dapat menimbulkan gangguan lingkungan yang lebih berbahaya dari air limbah mengingat bahwa:



Dengan ProsesOksidasi Program Studi D3 Teknik Kimia

FTI ITS

Lumpur mengandung pencemar yang lebih terkonsentrasi Lumpur tetap memiliki kandungan air yang tinggi Lumpur dapat mengandung jenis pencemar baru yang

tidak terkandung sebelumnya di dalam air limbah akibat dari peruraian senyawa yang terkandung dalam lumpur.

Lumpur yang banyak mengandung padatan diperoleh dari hasil proses pemisahan padat-cair dari limbah yang sering disebut sludge atau lumpur encer, di dalam sludge tersebut sebagian besar mengandung air dan hanya beberapa persen berupa zat padat. Umumnya persentase kandungan air tersebut dapat mencapai 95-99%. Lumpur yang dihasilkan unit pengolahan air limbah dapat dikelola hingga menjadi abu dengan kadar 0,3% dengan melalui beberapa tahap pengolahan yang meliputi proses: 1. Pengentalan ataupemekatan lumpur (sludge thickening) 2. Stabilisasi lumpur (sludge stabilization) 3. Pengeluaran air (sludge dewatering) 4. Pengeringan lumpur (sludge drying) Masing-masing cara memiliki kelebihan dan kelemahannya, sehingga tidak ada satu carapun yang dapat diterapkan untuk setiap jenis lumpur tertentu. Kecuali tahap stabilisasi, seluruh tahapan lainnya lebih bertujuan untuk meningkatkan kandungan padatan atau pengurangan kandungan air. Setelah melalui tahapan tersebut berikutnya adalah tahap pembuangan akhir.



Dengan proses oksidasi Program StudiD3 Teknik Kimia FTI ITS


X-1

BAB X KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan dan perencanaan “Pabrik Asam Nitrat

dari Amoniak dengan Proses Oksidasi”, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Rencana Operasi Pabrik Biohidrogen ini direncanakan beroperasi secara kontinyu selama 330 hari/tahun, 24 jam/hari.

2. Kapasitas Produksi Kapasitas produksi pabrik Asam Nitrat ini sebesar 24.000 ton/tahun = 72.727,27 kg/hari

3. Bahan baku Bahan baku utama pabrik ini adalah amoniak dan

udara Bahan baku utama yang diperlukan sebesar

247897,174 kg/hari 4. Produk

Produk yang dihasilkan pabrik ini adalah asam nitrat dengan kemurnian 60 %

5. Utilitas Air sanitasi = 52.56 m3/hari Air umpan boiler = 1612.513 m3/hari Air proses = 17.2044 m3/hari Air umpan boiler = 60.914 m3/hari Air make up = 173.4328 m3/hari

6. Pengolahan Limbah Limbah gas

Limbah gas ini berasal dari tail gas atau gas buang yang berasal dari proses absorbsi pada alat absorber yang kemudian dialirkan ke tail gas pre-heater.

X-2 Bab X Kesimpulan

Pabrik Asam Nitrat dari Ammonia



ix

DAFTAR PUSTAKA Badan Pusat Statistik., 2013. Statistika Data Impor Bahan Kimia.

Surabaya. Badan Pusat Statistik., 2012. Statistika Produksi Asam Nitrat

2012. Surabaya. Brownel, Young, 1959, “Process Equipment Design Vessel

Design” Jhon Wiley And Sons: New Delhi. Cristine, J, G, 1992, “Transport Process and Unit Operatyion

Third Edition”, Prentice Hall: New Jersey. Froment, G, Bischoff, K, 1990, “Chemical Reactor Analysys and

Design Second Edition”, Jhon Wiley and Sons: New York.

Geankoplis, C.J., 2003. Transport Process and Unit Operations, 4th edition. New Jersey : Pearson Education Inc.

Himmelblau, David M, 1982, “Basic Principle and Calculation in Chemical Engineering Sixth Edition”, Prentice Hall: New York.

Kern, D.Q, 1983, “Process Heat Transfer”, Mc Graw Hills : Tokyo.

Ludwig E.E, 1964, “Design for Chemical and Petrochemical Plant”, Gulf Publishing Company: Houston.

Perry, Robert, H, 2008, “Perry’s Chemical Engineering Handbook Eighth Edition”, Mc Graw Hills : New York.

Peter, Max S, Timmerhaus, 2003, “Plant Design and Economics for Chemical Engineers Fifth Edition”, Mc Graw Hills: New York.

Toyo Engineering Company, 2000, “Urea Aces21 Brochure By Toyo Engineering Company”

Ullmann, F., 2003. Ullman’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th edition, vol.13. New York : John Wiley & Sons Inc.

Ulrich, Gael D, 1984, “A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economic”, Jhon Wiley and Sons: New York.

x

Van Ness, Smith, J. M, 2005, “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamic Seventh Edition”, Mc Graw Hill: New York.

Appendiks A-1

APENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas produksi = 24000 ton/tahun = 24000000 kg/tahun = 72727,27 kg/hari Operasi = 330 hari/tahun ; 24 jam/hari Satuan massa = kg Basis waktu = 1 hari Bahan baku yang dibutuhkan = 239533,99kg/hari

Ada 5 reaksi utama dalam pembentukan HNO3 dari NH3 yaitu : Reaksi 1 4 NH3 + 5 H2O → 4 NO + 6H2O Reaksi 2 4 NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O Reaksi 3 2 NO + O2 → 2NO2 Reaksi 4 2 NO2 → N2O4 Reaksi 5 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO Untuk mengetahui massa NH3 yang diperlukan untuk membentuk HNO3 , maka dihitung dari reaksi 5 terlebih dahulu, karena yang diketahui adalah massa HNO3 Reaksi 5 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO HNO3 yang dibutuhkan adalah 60 % , 40 % nya H2O Maka, HNO3 yang diharapkan = 0,6 x 72727,27 = 43636,36 kg/hari Mol HNO3 yang bereaksi = massa

BM HNO3

= 43636,3663

= 692,641 Mol H2O yang bereaksi =1

2 x mol HNO3

= 0,5 x 692,641 = 346,20 Mol NO2 yang bereaksi = 3

2 x mol HNO3

Appendiks A-2

= 32 x 692,641

= 1038,961 Mol NO2 mula-mula = 100 %

60 % x mol NO2 yang bereaksi

= 10,6

x 1038,961 = 1731,602 Mol H2O mula-mula =100 %

40 % x mol H2Oyang bereaksi

= 100%42 %

x 346,320

= 10,42

x 346,320 = 865,801

3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO M 1731,602 865,801 - - R 108,961 346,320 692,641 346,320 S 692,641 519,481 692,641 346,320

Reaksi 4 2 NO2 → N2O4 Mol NO2 yang bereaksi = 3%

100% x mol sisa NO2

= 0,031

x 692,641 = 20,779 Mol N2O4 yang bereaksi = 1

2 x mol NO2

= 0,5 x 20,779 = 10,390 2 NO2 → N2O4 M 20,779 - R 20,779 10,390 S 0 10,390 Reaksi 3 2 NO + O2 → 2NO2 Mol NO2 yang bereaksi = 97%

100% x mol sisa NO2

Appendiks A-3

= 0,971

x 692,641 = 671,861 Mol O2 yang bereaksi = 1

2 x mol NO2 yang bereaksi

= 0,5 x 671,861 = 335,611 Mol NO yang bereaksi = 2

2 x mol NO2 yang bereaksi

= 1 x 671,861 = 671,861 Mol NO mula-mula = 100%

95% x mol NO yang bereaksi

= 10,95

x 671,861 = 707,223 Mol O2 mula-mula = 100%

95% x mol O2 yang bereaksi

= 10,95

x 335,931 = 353,611 Maka,

2 NO + O2 → 2NO2 M 707,223 353,611 - R 671,861 335,931 671,861 S 35,361 17,681 671,861

Reaksi 2 4 NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O Mol NH3 yang bereaksi = 37,222 Mol O2 yang bereaksi = 3

4 x mol NH3 yang bereaksi

= 34 x 37,222

= 27,917 Mol N2 yang bereaksi = 2

4 x mol NH3 yang bereaksi

= 24 x 37,222

= 18,611

Appendiks A-4

Mol H2O yang bereaksi = 64 x mol NH3 yang bereaksi

= 64 x 37,222

= 55,833

4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O M 37,222 381,528 - - R 37,222 27,917 18,611 55,833 S 0 353,611 18,611 55,833

Reaksi 1 4 NH3 + 5 H2O → 4 NO + 6H2O Mol NH3 yang bereaksi = 4

4 x mol NO yang bereaksi

= 1 x 707,223 = 707,223 NH3 terkonversi 95 % menjadi NO Mol NH3 mula-mula = 100%

95% x mol NH3 yang bereaksi

= 10,95

x 707,223 = 744,445 Mol O2 yang bereaksi = 5


= 54 x 707,223

= 884,028 Mol O2 mula-mula = mol O2 yang bereaksi + mol sisa O2 dari reaksi sebelumnya = 884,028 + 381,528 = 1265,556 Mol H2O yang bereaksi = 6


= 64 x 707,223

= 707,223

Appendiks A-5

4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O M 744,445 1265,556 - - R 707,223 884,028 707,223 1060,834 S 37,222 381,528 707,223 1060,834

Kebutuhan udara dalam reaktor : Kebutuhan O2 = mol O2 x BM O2 = 1265,556 x 32 = 40497,800 kg Kebutuhan udara = 100%

21% x kebutuhan O2

= 10,21

x 40497,800 = 192846,664 kg Kebutuhan N2 = 0,79 x kebutuhan udara = 0,79 x 192846,664 = 152348,865 kg Kebutuhan udara overall dalam reaktor = 1

0,85 x 192846,664

= 226878,429 kg HNO3 yang diharapkan 60% = 60

100 x 72727,27 kg/hari

= 43636,36 kg/hari Maka kandungan H2O 40 % = 40

100 x 72727,27 kg/hari

= 29090,91 kg/jam 1. AMMONIA VAPORIZER (V-111)


Appendiks A-6

Massa ammonia yang masuk = mol NH3 x BM NH3 = 744,445 x 17 = 12655,562 kg Tabel A.1 Neraca massa ammonia vaporizer


aliran (3) aliran (4) Massa (kg) fraksi massa (kg) fraksi

HN3 12655,562 1 12655,562 1 total 12655,562 1 12655,562 1

2. KOMPRESOR (G-112)


Massa O2 yang masuk = fraksi O2 x total udara

= 0,21 x 226878,429 kg = 47644,470 kg Massa N2 yang masuk = fraksi N2 x total udara = 0,79 x 226878,429 kg = 179233,959 kg

Appendiks A-7

Tabel A.2 Neraca massa kompresor



O2 47644,470 0,21 47644,470 0,21 N2 179233,959 0,79 179233,959 0,79

total 226878,429 1 226878,429 1

3. SPLITTER Fungsi : membagi udara menjadi dua, yaitu ke reaktor dan ke bleaching coloumn

85 % udara menuju ke reaktor

15 % udara menuju ke bleacher

Pada splitter, udara dibagi menjadi dua, yaitu ke bleacher dan ke reaktor. Udara yang ke reaktor = 85% x total udara = 0,85 x 226878,429 = 192846,66 kg Udara yang ke bleacher = 15 % x total udara = 0,15 x 226878,429 = 34031,7643 kg

Appendiks A-8

Tabel A.3 Neraca massa splitter



O2 47644,470 0,21 40497,8 0,21 7146,6705 0,21 N2 179233,959 0,79 152348,86 0,79 26885,0938 0,79

total 226878,429 1 192846,66 1 34031,7643 1 4. MIXER (M-113) Fungsi: Untuk mencampur udara dan ammonia yang akan masuk

ke converter

Tabel A.4 Neraca massa mixer

Appendiks A-9



ammonia 12655,562 1

12655,562 0,062 O2

40497,800 0,21 40497,800 0,197

N2

152348,865 0,79 152348,865 0,741 total 12655,562 1 192846,664 1 205502,227 1

5. CONVERTER (R-110) Fungsi : Fungsi: Untuk Mengkonversi ammonia dan udara menjadi gas NO dengan % konversi 95%

Di dalam reaktor terjadi reaksi : 1. 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6H2O 2. 4 NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O

Appendiks A-10

Persamaan reaksi nya : 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O

M 744,445 1265,556 - - R 707,223 884,028 707,223 1060,834 S 37,222 381,528 707,223 1060,834

4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O

M 37,222 381,528 - - R 37,222 27,917 18,611 55,833 S 0 353,611 18,611 55,833

Massa NH3 yang masuk =12655,562 kg Massa NH3 yang keluar = 0 kg ( NH3 telah terkonversi) Massa O2 yang masuk = 40497,800 kg Massa O2 yang keluar = mol O2 x BM O2 = 353,611 X 32 = 11315,562 kg Massa N2 yang masuk = 152348,865 kg Massa N2 yang keluar =( mol N2 x BM N2) + massa N2 yang masuk =( 18,611x 28) + 152348,865 kg = 152869,976 kg Massa H2O yang masuk = 0 kg (H2Oterbentuk dari reaksi yang terjadi di dalam reaktor) Massa H2O yang keluar = mol H2O x BM H2O = (1060,834+55,833) x 18 = 20100,011 kg Massa NO yang masuk =0 kg (NO terbentuk dari reaksi yang terjadi di dalam reaktor) Massa NO yang keluar = mol NO x BM NO =707,223 x 30 = 21216,678 kg

Appendiks A-11

Tabel A.5 Neraca Massa Reaktor



NH3 12655,562 0,06158358 0 0 O2 40497,800 0,19706745 11315,562 0,055 N2 152348,865 0,74134897 152869,976 0,744

H2O 0 0 20100,011 0,098 NO 0 0 21216,678 0,103

total 205502,227 1 205502,23 1

6. COOLER ( E-114)

Fungsi: Untuk menurunkan temperatur gas reaksi yang keluar dari converter

2 NO + O2 → 2NO2

M 707,223 353,611 - R 35,361 17,681 35,361 S 671,861 335,931 35,361

Appendiks A-12

Massa O2 yang masuk = 11315,562 kg Massa O2 yang keluar = mol O2 x BM O2 = 335,931 X 32 = 10749,784 kg Massa N2 yang masuk = 152869,976 kg Massa N2 yang keluar = 152869,976 kg Massa H2O yang masuk = 20100,011 kg Massa H2O yang keluar = 20100,011 kg Massa NO yang masuk = 21216,678 kg Massa NO yang keluar = mol NO x BM NO = 671,861x 30 = 20155,844 kg Massa NO2 yang masuk= 0 kg Massa NO2 yang keluar = mol NO2 x BM NO2 = 35,361 x 46 = 1626,612 kg Tabel A.6 Neraca Massa Cooler

komponen Masuk\ keluar


O2 11315,562 0,055 10749,784 0,052 N2 152869,976 0,744 152869,976 0,744

H2O 20100,011 0,098 20100,011 0,098 NO 21216,678 0,103 20155,844 0,098

NO2 0 0 1626,612 0,008 total 205502,227 1 205502,23 1

Appendiks A-13

7. WASTE HEAT BOILER (E-115) Fungsi : Menurunkan temperatur gas yang keluar dari cooler membentuk senyawa N2O4

2 NO + O2 → 2NO2 M 671,861 335,931 - R 100,779 50,390 100,779 S 571,082 285,541 100,779

2 NO2

→

N2O4

M 136,140 R 4,084 2,042 S 132,056 2,042 Massa O2 yang masuk = 10749,784 kg Massa O2 yang keluar = mol O2 x BM O2

= 285,541 x 32 = 9137,316 kg Massa N2 yang masuk = 152869,976 kg Massa N2 yang keluar = 152869,976 kg Massa H2O yang masuk = 20100,011 kg Massa H2O yang keluar = 20100,011 kg Massa NO yang masuk = 20155,844 kg Massa NO yang keluar = mol NO x BM NO = 571,082 x 30 = 17132,468 kg

Appendiks A-14

Massa NO2 yang masuk= 1626,612 kg Massa NO2 yang keluar= mol NO2 x BM NO2 = 132,056 x 46 = 6074,5825 Massa N2O4 yang masuk= 0 kg Massa N2O4 yang keluar= mol N2O4 x BM N2O4 = 2,042 x 92 = 187,873 kg Tabel A.7 Neraca Massa Waste Heat Boiler


aliran (9) aliran (10)

Massa (kg) fraksi Massa (kg) fraksi

O2 10749,784 0,052 9137,316 0,044

N2 152869,976 0,744 152869,98 0,744

H2O 20100,011 0,098 20100,011 0,098

NO 20155,844 0,098 17132,468 0,083

NO2 1626,612 0,008 6074,5825 0,030

N2O4

187,87368 0,001

Total 205502,227 1 205502,23 1

Appendiks A-15

8. PLATINUM FILTER (H-116) Fungsi : untuk menghilangkan impurities (katalis platinum-rhodium) yang terbawa

2 NO

+

O2

→

2NO2

M 571,082 285,541 132,056 R 17,132 8,566 17,132 S 553,950 276,975 149,189

2 NO2 → N2O4 M 149,189 2,042 R 0,597 0,298 S 148,592 2,340 Massa O2 yang masuk = 9137,316 kg Massa O2 yang keluar = mol O2 x BM O2

= 276,975 x 32 = 8863,197 kg Massa N2 yang masuk = 152869,97 kg Massa N2 yang keluar = 152869,97 kg Massa H2O yang masuk= 20100,011 kg Massa H2O yang keluar= 20100,011 kg Massa NO yang masuk = 17132,468 kg Massa NO yang keluar = mol NO x BM NO = 553,950 x 30 = 16618,494 kg Massa NO2 yang masuk = 6074,582 kg Massa NO2 yang keluar = mol NO2 x BM NO2

Appendiks A-16

= 148,592 x 46 = 6835,225 kg Massa N2O4 yang masuk = 187,874 kg Massa N2O4 yang keluar = mol N2O4 x BM N2O4

= 2,340 x 92 = 215,324 kg Tabel A.8 Neraca Massa Platinum Filter


aliran (10) aliran (11) Massa (kg) Fraksi Massa (kg) fraksi

O2 9137,316 0,044 8863,197 0,043 N2 152869,976 0,744 152869,976 0,744

H2O 20100,011 0,098 20100,011 0,098 NO 17132,468 0,083 16618,494 0,081

NO2 6074,582 0,030 6835,225 0,033 N2O4 187,874 0,001 215,324 0,001 Total 205502,227 1 205502,23 1

9. TAIL GAS PREHEATER (E-117) Fungsi : Menurunkan temperatur gas yang keluar dari platinum filter

Appendiks A-17

2 NO + O2 → 2NO2 M 553,950 276,975 148,592 R 138,487 69,244 138,487 S 415,462 207,731 287,079

2 NO2

→

N2O4 M 287,079 2,340 R 20,096 10,048 S 266,984 12,388 Massa O2 yang masuk = 8863,197 kg Massa O2 yang keluar = mol O2 x BM O2

= 207,731 x 32 = 6647,397 kg Massa N2 yang masuk = 152869,976 kg Massa N2 yang keluar = 152869,976 kg Massa H2O yang masuk = 20100,011 kg Massa H2O yang keluar = 20100,011 kg Massa NO yang masuk = 16618,494 kg Massa NO yang keluar = mol NO x BM NO =415,462 x 30 = 12463,870 kg Massa NO2 yang masuk= 6835,225 kg Massa NO2 yang keluar= mol NO2 x BM NO2 = 266,984 x 46 = 12281,252 kg Massa N2O4 yang masuk= 215,324 kg Massa N2O4 yang keluar= mol N2O4 x BM N2O4

= 12,388 x 92 = 1139,720 kg

Appendiks A-18

Tabel A.9 Neraca Massa Tail Gas Preheater


aliran 11 aliran 12 Massa (kg) fraksi Massa (kg) fraksi

O2 8863,197 0,043 6647,397 0,032 N2 152869,976 0,744 152869,976 0,744

H2O 20100,011 0,098 20100,011 0,098 NO 16618,494 0,081 12463,870 0,061

NO2 6835,225 0,033 12281,252 0,060 N2O4 215,324 0,001 1139,720 0,006 Total 205502,227 1 205502,23 1

10. KONDENSOR (E-118)

Fungsi: Menurunkan temperatur gas yang keluar dari Tail Gas Pre-Heater, dan mengkondensatkan asam nitrat lemah yang didapatkan.

Appendiks A-19

2 NO + O2 → 2NO2 M 415,462 207,731 266,984 R 178,649 89,324 178,649 S 236,814 118,407 445,633

2 NO2 → N2O4 M 445,633 12,388 R 89,127 44,563 S 356,506 56,952

3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO M 356,506 1116,667 - 236,814 R 149,733 49,911 99,822 49,911 S 206,774 1066,756 99,822 286,724

Massa O2 yang masuk = 6647,397 kg Massa O2 yang keluar = mol O2 x BM O2 = 118,407 x 32 = 3789,017 kg Massa N2 yang masuk = 152869,976 kg Massa N2 yang keluar = 152869,976 kg Massa H2O yang masuk= 20100,011 kg Massa H2O yang keluar ke absorber= massa total yang keluar – massa HNO3 yang keluar = 14973,253 – 6288,766 = 8684,487 kg Massa H2O yang keluar = (mol H2O x BM H2O) – massa H2O yang keluar ke absorber = (1066,756 x 18) - 8684,487 = 10517,128 kg Massa NO yang masuk = 12463,870 kg Massa NO yang keluar = mol NO x BM NO = 286,724 x 30 = 8601,731kg

Appendiks A-20

Massa NO2 yang masuk = 12281,252 kg Massa NO2 yang keluar = mol NO2 x BM NO2 = 206,774 x 46 = 9511,581 kg Massa N2O4 yang masuk = 1139,720 kg Massa N2O4 yang keluar = mol N2O4 x BM N2O4

= 56,952 x 92 = 5239,539 kg Massa HNO3 yang keluar = mol HNO3 x BM HNO3 = 99,822 x 63 = 6288,766 kg Maka HNO3 yang terbentuk menuju ke absorber Tabel A.10 Neraca Massa kondenser


aliran (12) aliran (14) Aliran (15) Massa (kg) Fraksi Massa (kg) fraksi Massa (kg) fraksi

O2 6647,397 0,032 3789,017 0,020 0 0 N2 152869,976 0,744 152869,976 0,802 0 0

H2O 20100,011 0,098 10517,128 0,055 8684,4872 0,58 NO 12463,870 0,061 8601,731 0,045 0 0 NO2 12281,252 0,060 9511,581 0,050 0 0 N2O4 1139,720 0,006 5239,539 0,027 0 0 HNO3 0 0 0 6288,7666 0,42 Total 205502,227 1 190528,97 1 14973,2538 1

Appendiks A-21

11. OXIDATION UNIT (X-121) Fungsi: Mengoksidasi NO menjadi NO2

2 NO + O2 → 2NO2 M 286,724 341,740 206,774 R 229,380 114,690 229,380 S 57,345 227,050 436,153

2 NO2 → N2O4 M 436,153 57,071 R 65,423 32,711 S 370,730 89,783 Massa O2 yang masuk , ada 2 yaitu dari cooler dan splitter Massa O2 yang masuk dari cooler = 3789,017 kg Massa O2 yang masuk dari splitter = 7146,671kg Massa O2 yang keluar = mol O2 x BM O2

= 227,050 x 32 = 7265,615 kg Massa N2 yang masuk = 152869,976 kg Massa N2 yang masuk dari splitter = 26885,094 kg Massa N2 yang keluar = Massa N2 yang masuk dari cooler + Massa N2 yang masuk dari splitter = 152869,976 + 26885,094 =179755,070 kg

Appendiks A-22

Massa H2O yang masuk= 10517,128 kg Massa H2O yang keluar= 10517,128 kg Massa NO yang masuk = 8601,731 kg Massa NO yang keluar = mol NO x BM NO = 57,345x 30 = 1720,346 kg Massa NO2 yang masuk= 9511,581 kg Massa NO2 yang keluar= mol NO2 x BM NO2 = 370,730 x 46 = 17053,583 kg Massa N2O4 yang masuk= 9511,581 kg Massa N2O4 yang keluar= mol N2O4 x BM N2O4

= 89,783x 92 = 8259,995 kg Tabel A.11 Neraca Massa Oxidation unit


aliran (14) aliran (20) aliran (16) Massa (kg) Fraksi Massa(kg) fraksi Massa(kg) fraksi

O2 3789,017 0,020 7146,671 0,210 7265,615 0,032 N2 152869,976 0,802 26885,094 0,790 179755,070 0,800

H2O 10517,128 0,055 0 0 10517,128 0,047 NO 8601,731 0,045 0 0 1720,346 0,008

NO2 9511,581 0,050 0 0 17053,583 0,076 N2O4 5239,539 0,027 11 0,000 8259,995 0,037 Total 190528,973 1 34042,764 1 224571,737 1

Appendiks A-23

12. SECONDARY COOLER (E-122) Fungsi : Menurunkan suhu gas reaksi yang akan masuk ke dalam absorber

2 NO + O2 → 2NO2 M 57,345 227,050 370,730 R 54,478 27,239 54,478 S 2,867 199,812 425,208

2 NO2 → N2O4

M 425,208 89,783 R 114,806 57,403 S 310,402 147,186 Massa O2 yang masuk = 7265,615 kg Massa O2 yang keluar = mol O2 x BM O2

= 199,812 x 32 = 6393,973 kg Massa N2 yang masuk = 179755,070 kg

Appendiks A-24

Massa N2 yang keluar = 179755,070 kg Massa H2O yang masuk= 10517,128 kg Massa H2O yang keluar = 10217,128 kg Massa NO yang masuk = 1720,346 kg Massa NO yang keluar = mol NO x BM NO = 2,867 x 30 = 86,017kg Massa NO2 yang masuk= 17053,583kg Massa NO2 yang keluar= mol NO2 x BM NO2 = 310,402x 46 = 14278,474 kg Massa N2O4 yang masuk= 8259,995 kg Massa N2O4 yang keluar= mol N2O4 x BM N2O4

= 147,186 x 92 = 13541,074 kg Tabel A.12 Neraca Massa Secondary cooler


aliran (18) aliran (17) Massa(kg) Fraksi Massa(kg) Fraksi

O2 7265,615 0,032 6393,973 0,028 N2 179755,070 0,800 179755,070 0,800

H2O 10517,128 0,047 10517,128 0,047 NO 1720,346 0,008 86,017 0,0004 NO2 17053,583 0,076 14278,474 0,064 N2O4 8259,995 0,037 13541,074 0,060 Total 224571,737 1 224571,737 1

Appendiks A-25

13. ABSORBER (D-120) Fungsi: untuk mengabsorb gas reaksi dengan air agar menjadi HNO3.

Persamaan reaksi nya: N2O4 → 2NO2

M 147,186 310,402 R 147,066 294,132 S 0,120 604,534

2 NO + O2 → 2NO2

M 2,867 199,812 604,534 R 2,867 1,434 2,867 S 0 198,378 607,401

Appendiks A-26

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO M 607,401 1108,423 99,822 0 R 595,253 198,418 396,835 198,418 S 12,148 910,005 496,657 198,418

4 NO + 2 H2O + 3O2 → 4HNO3

M 198,418 910,005 198,378 496,657 R 198,418 99,209 148,813 198,418 S 0 810,797 49,565 695,075

Massa O2 yang masuk = 6393,97 kg Massa O2 yang keluar = mol O2 x BM O2

= 49,565 x 32 = 1586,07 kg Massa N2 yang masuk = 7489,795 kg Massa N2 yang keluar = 7489,795kg Massa H2O yang masuk= 438,214 kg Massa H2O yang keluar= 1326,847kg Massa NO yang masuk = 86,02 kg Massa NO yang keluar = 0 kg Massa NO2 yang masuk= 14278,47 kg Massa NO2 yang keluar= mol NO2 x BM NO2 = 12,148 x 46 = 558,81 kg Massa N2O4 yang masuk= 13541,07 kg Massa N2O4 yang keluar= 11,00 kg Massa HNO3 yang masuk= 224571,74 kg Massa HNO3 yang keluar= mol HNO3 x BM HNO3 = 695,075 x 63 = 43789,70 kg

Appendiks A-27

Tabel A.13 Neraca Massa Absorber

komponen

masuk keluar

aliran (17) aliran (15) water process aliran (19) aliran (18)

massa fraksi massa fraksi massa fraksi massa fraksi massa fraksi

O2 6393,97 0,03

1586,07 0,01 6393,97 0,03

N2 179755,07 0,80

179755,07 0,98 179755,07 0,80

H2O 10517,13 0,05 8684,49 0,58 17130,09 1,00 1792,31 0,01 10517,13 0,05

NO 86,02 0,00

86,02 0,00

NO2 14278,47 0,06

558,81 0,00 14278,47 0,06

N2O4 13541,07 0,06

13541,07 0,06

HNO3 0,00 0,00 6288,77 0,42

Total 224571,74 1,00 14973,25 1,00 17130,09 1,00 183692,26 1,00 224571,74 1,00

Appendiks A-28

14. BLEACHING COLOMN (X-126) Fungsi : Untuk menstripping Nox dari HNO3

Massa O2 yang masuk = 7146,67 kg Massa O2 yang keluar = 7146,67 kg Massa N2 yang masuk = 26885,09kg Massa N2 yang keluar = 26885,09kg Massa H2O yang masuk= 29182,13 kg Massa H2O yang keluar= 29182,13 kg Massa NO yang masuk = 0 kg Massa NO yang keluar = 0 kg Massa NO2 yang masuk= 0 kg Massa NO2 yang keluar= 0 kg Massa N2O4 yang masuk= 11,00 kg Massa N2O4 yang keluar= 11,00 kg Massa HNO3 yang masuk= 43789,70 kg Massa HNO3 yang keluar= 43789,70 kg

Appendiks A-29

Tabel A.14 Neraca Massa Bleaching Coloumn

komponen Masuk Keluar

aliran (18) aliran (6) aliran (21) aliran (20)

massa fraksi Massa fraksi massa fraksi massa fraksi

O2 7146,67 0,21

7146,67 0,2099

N2 26885,09 0,79

26885,09 0,7897

air 29182,13 0,40

29182,13 0,40 NO

NO2 N2O4 11,00 0,0002

11,00 0,0003

HNO3 43789,70 0,60 0 0 43789,70 0,60 0 0

Total 72982,83 1,00 34031,76 1 72971,83 1 34042,76 1,00

Appendiks B-1

APENDIKS B PERHITUNGAN NERACA PANAS

Kapasitas = 24000 ton = 24.000.000 kg Operasi = 330 hari/thn ; 24 jam/hari Satuan Panas = Kj/hari Suhu Reffrence = 25 oC = 298 K 1. Ammonia Vaporizer (V-111)


T ref

= 25 °C = 298 K

T ammonia masuk (H3) = -15 °C = 258 K T ammonia keluar (H4) = 177 °C = 450 K T steam = 80 °C = 353 K

Aliran 3 258 K

Aliran 4 450 K

Steam 353 K


Appendiks B-2

Menghitung enthalpy bahan masuk

Komponen Massa (kg) Cp

(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT

Ammonia 12655.56 0.01059 -40 -5360.896 kj Menghitung enthalpy bahan keluar


(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT Ammonia 12655.56 2.177 152 4187089.36 kj

H bahan masuk + Q supply = H bahan keluar + Q loss -5360.896 + Q supply = 4187089.36 + 0.05 Q supply

0.95 Q supply= 4192450.257

Q supply = 4413105.5 kJ

Q loss = 5% Q Suplai = 0.05 x 4413105.5 kJ = 220655.28 kJ/kg Menghitung massa steam yang dibutuhkan: T = 353 K hL = 334.4 kJ/kg hV = 2643 kJ/kg Q Suplai = ms λ 4413105.5 kJ = ms x 2643 kJ/kg

Ms = 1670 kg

Appendiks B-3


H3 -5360.869 H4 174462.057 Q s 4413105.5 Q loss 220655.28

TOTAL 4407744.637 TOTAL 4407744.637 2. Compressor (G-112)


Menghitung enthalpy bahan masuk (H1)


(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT O2 47644.47 0.920 10 438751.9216 N2 179233.96 1.025 10 1838104.641

Total H masuk 2276856.563

T ref

= 25 °C = 298 K T udara masuk compressor = 35 °C = 308 K T udara keluar compressor = 232 °C = 505 K T steam = 200 °C = 473 K

Aliran 1 Aliran 2 Compressor

505 K

Steam, 473 K

308 K


Appendiks B-4

Menghitung enthalpy bahan keluar (H2)



Total H keluar 49096767.38 H bahan masuk + Q supply = H bahan keluar + Q loss

2276856.563 + Q supply = 49096767.38 + 0.05 Q supply 0.95 Q supply = 46819911

Q supply = 49284117 kJ

Q loss = 5% Q Suplai = 0.05 x 49284117 kJ = 2464205.83 kJ/kg Menghitung massa steam yang dibutuhkan: T = 473 K hL = 851.717 kJ/kg hV = 1940.25 kJ/kg Q Suplai = ms λ 49284117kJ = ms x 1940.25 kJ/kg

Ms = 25394.36643 kg

Neraca Energi Total

Masuk (kJ) Keluar (kJ)

H 1 2276856.563 H 2 49096767.38

Q supply 25394.36643 Q loss 2464205.83

TOTAL 51560973.210 TOTAL 51560973.210

Appendiks B-5

3. Mixer (M-113) Fungsi: Untuk mencampur udara dan ammonia yang akan

masuk ke converter T ref

=

25 °C = 298 K

T Ammonia masuk (H5) = 177 °C = 450 K T Udara masuk (H4) = 232 °C = 505 K T keluar (H7)

= 255 °C = 528 K

menghitung enthalpy bahan masuk


(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT aliran H4 NH3 12655.56235 2.3076 152 4438966.275 aliran H2 N2 152348.8649 1.0474 207 38861804.81 O2 40497.79952 1.1398 207 11241563.51 Total H2 50103368.32

Total H masuk 54542334.6

Aliran 5

MIXER

450 K

505 K

Aliran 4 Aliran7

528 K

Appendiks B-6

menghitung enthalpy bahan keluar


(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT

aliran H7 NH3 12655.562 2.512 230 7301672.503 N2 152348.86 1.088 230 38089232.56 O2 40497.799 0.984 230 9151429.537

Total H keluar 54542334.6


H 4 4438966.275 H 7 54542334.600 H 2 50103368.32

TOTAL 54542334.600 TOTAL 54542334.600 4. Converter (R-110)

Fungsi: Untuk Mengkonversi ammonia dan udara menjadi gas NO dengan % konversi 95%

steam

918 K

Aliran 7

Aliran 8

528 K

393 K


Appendiks B-7

T ref = 25 °C = 298 K T masuk = 255 °C = 528 K T keluar = 645 °C = 918 K T steam masuk = 120 °C = 393 K

menghitung enthalpy bahan masuk


(kJ/kg.K) ΔT H=m.Cp.ΔT aliran H7

NH3 12655.562 2.512 230 7739546.503 N2 152348.8649 1.088 230 40373405.76 O2 40497.79952 0.984 230 9700231.617

Total H masuk 2272362.823 reaksi yang terjadi

konversi 95%

4NH3 + 5O2

4NO + 6H2O M 744.44

1265.55

R 707.22

884.028

707.22

1060.83 S 37.222

381.528

707.22

1060.83

Konversi 5%

4NH3 + 3O2

2N2 + 6H2O M 37.222

381.52

0

0

R 37.222

27.9167

18.611

55.83 S 0

353.611

18.611

55.83

ΔT = T keluar - T ref = 918 - 298 = 620 K

Appendiks B-8

Data panas pembentukan (ΔHf)

ΔHf NH3 -80.29 kJ/mol ΔHf O2 0 kJ/mol

ΔHf NO 90.25 kJ/mol ΔHf H2O -285.283 kJ/mol ΔHf N2 0 kJ/mol

ΔH 298 K

Komponen Koefisien Kg. Mol ΔHf H=n.mol.ΔHf NH3 4 707.2226 -80.29 -227131.6108 O2 5 884.02825 0 0 NO 4 707.2226 90.25 255307.3593 H2O 6 1060.8339 -285.283 -1815827.27

ΣH 298 K = produk - reaktan -1560519.911

Komponen Koefisien Kg. Mol ΔHf H=n.mol.ΔHf NH3 4 37.222242 -80.29 -11954.29531 O2 3 27.916682 0 0 N2 2 18.611121 0 0

H2O 6 55.833363 -285.283 -95569.85632 ΣH 298 K = produk - reaktan -83615.56101

ΔH 918 K

Komponen Massa (kg)

Cp (kJ/kg.°K) ΔT

Q=m. Cp. ΔT

NH3 12234.95101 3.181 620 21600255.44 O2 28288.90408 1.088 620 17081971.84 NO 21216.67806 1.109 620 13058759.26

Appendiks B-9

H2O 19095.01025 1.57 620 16638437.18 ΣH 918 K = produk - reaktan -8985030.83


(kJ/kg.°K) ΔT Q=m. Cp.

ΔT NH3 643.9447902 3.181 620 1136855.55 O2 893.333813 1.088 620 539430.6896 N2 521.1113909 1.099 620 317989.1485

H2O 1005.00054 1.57 620 875707.2202 ΣH 918 K = produk - reaktan -482589.87

ΔH reaksi = ΔH 298 K + ΔH 918 K

=

(-1560519.9) + (-83615.561) + (-8985030.8) + (-482589.8706)

= -11111756.18

Menghitung Enthalpy bahan keluar


(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT NH3 0 3.181 620 0 N2 152869.9763 1.10 620 93283306.46 O2 11315.56163 1.088 620 6832788.735

H2O 20100.01079 1.57 620 17514144.4 NO 21216.67806 1.12 620 13202606.78

Total H keluar 130832846.4 H bahan masuk + Q supply =H bahan keluar+Q loss+ΔH reaksi

57813183.87 + Q supply = 130832846.4 + 0.05 Q supply + (11111756.18)

0.95 Q supply = 61907906.3

Appendiks B-10

Q supply = 65166217.2 kJ

Q loss = 5% Q Suplai

= 0.05 x 65166217.2 kJ = 3258310.86 kJ/kg Menghitung massa steam yang dibutuhkan: T = 393 K hL = 851.717 kJ/kg hV = 1940.25 kJ/kg Q Suplai = ms λ 65166217.2 kJ = ms x 1940.25 kJ/kg Ms = 33586.5054 kg

5. Cooler (E-114)

Fungsi: Untuk menurunkan temperatur gas reaksi yang keluar dari converter.


H7 57813183.87 H8 130832846.37 Q supply 65166217.18 Q loss 3258310.86 ΔH reaksi 11111756.00 TOTAL 134091157 TOTAL 134091157

Cooler

Cooling Water

Aliran 8 Aliran 9

868 K

303 K

Cooling water 323 K

918 K

Appendiks B-11

T ref = 25 °C = 298 K T masuk = 645 °C = 918 K T keluar = 595 °C = 868 K T CW Masuk = 30 °C = 303 K T CW keluar = 50 °C = 323 K


Komponen Massa

(kg) Cp

(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT N2 152869.98 1.151 620 109091072.5 O2 11315.561 1.088 620 7633025.254

H2O 20100.01 1.57 620 19565350.51 NO 21216.678 1.109 620 14588163.5

Total H masuk 150877611.7 Reaksi yang terjadi

2NO + O2 → 2NO2

M 707.223

353.611

- R 35.361

17.681

35.361

S 671.861

335.931

35.361 ΔT = T keluar - T ref = 868 - 298 = 570 K

Data panas pembentukan (ΔHf) ΔHf NO : 90.25 ΔHf O2 : 0 ΔHf NO2 : 33.18

Appendiks B-12

ΔH 298 K Komponen Koefisien Kg. Mol ΔHf H=n.mol.ΔHf

NO 2 35.361 90.25 6382.683983 O2 1 17.681 0 0

NO2 2 35.361 33.18 2346.564593 ΣH 298 K = produk – reaktan -4036.11939

ΔH 868 K

Komponen Massa (kg)

Cp (kJ/kg.°K) ΔT Q=m. Cp. ΔT

NO 1060.833903 1.122731045 570 678887.759 O2 565.7780816 1.181397206 570 380992.9276 NO2 1626.611985 0.404754339 570 375275.6075

ΣH 868 K = produk - reaktan 77380.77612 ΔH reaksi = ΔH 868 K + ΔH 298 K

= 77380.78 + (-4036.11939)

= 73344.657

Menghitung Enthalpy bahan keluar (H9)


(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT N2 152869.9763 1.101726514 570 95999916.47 O2 11315.56163 1.181397206 570 7619858.552 H2O 20100.01079 2.177086726 570 24942896.01 NO 21216.67806 1.122731045 570 13577755.18 NO2 1626.611985 0.404754339 570 375275.6075

Total H keluar 142515701.8

Appendiks B-13

H bahan masuk = H bahan keluar + Q diserap + ΔH reaksi

150877611.7 = 142515701.8 + Q diserap + 73344.657 Q diserap = 8288565.24

Menghitung jumlah air pendingin yang dibutuhkan:

Q = m x Cp x ΔT 8288565.24 = m x 4.186 x (323-303)

m = 99003.4071 kg

Neraca Energi Total

Masuk (kJ) Keluar (kJ) H 8 150877611.719 H 9 142515701.822

Q diserap 8288565.241

ΔH reaksi 73344.657

TOTAL 150877611.719 TOTAL 150877611.719 6. Waste Heat Boiler (E-115)

Fungsi: Menurunkan temperatur gas yang keluar dari cooler membentuk senyawa N2O4

WASTE HEAT BOILER

Aliran 9 Aliran 10

868 K 553 K

303 K

323 K Cooling water 303 K

Cooling water 303 K

Appendiks B-14

T ref =

25

°C =

298

K

T masuk = 595 °C = 868 K T keluar = 280 °C = 553 K T cw masuk = 30 °C = 303 K T cw keluar = 50 °C = 323 K



(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT O2 10749.78355 1.181397206 570 7238865.624 N2 152869.9763 1.101726514 570 95999916.47 H2O 20100.01079 2.177086726 570 24942896.01 NO 20155.84416 1.122731045 570 12898867.42 NO2 1626.611985 0.404754339 570 375275.6075

total H masuk 141455821.1 Reaksi yang terjadi

2NO + O2 → 2NO2

M 671.861

335.931

- R 100.779

50.390

100.779

S 571.082

285.541

100.779

2NO2 → N2O4

M 136.140 R 4.084

2.042 S 132.056

2.042

ΔT = T keluar - T ref = 553 - 298

Appendiks B-15

= 255 K

ΔH 298 K

Komponen Koefisien Kg. Mol ΔHf H=n.mol.ΔHf NO 2 100.779 90.25 18190.64935 O2 1 50.390 0 0

NO2 2 100.779 33.18 6687.709091 ΣH 298 K = produk - reaktan -11502.9403

Komponen Koefisien Kg. Mol ΔHf H=n.mol.ΔHf

NO2 2.00 4.084 33.18 271.0282105 N2O4 1.00 2.042 9.16 18.70568421


ΔH 553 K

Komponen Massa

(kg) Cp

(kJ/kg.°K) ΔT Q=m. Cp. ΔT NO 3023.38 1.070110585 255 825013.5683 O2 1612.47 1.14533512 255 470938.0023 NO2 4635.84 0.404754339 255 478476.3996

ΣH 553 K = produk - reaktan 124400.8336

Data panas pembentukan (ΔHf) ΔHf NO : 90.25 ΔHf O2 : 0 ΔHf NO2 : 33.18 ΔHf N2O4 : 9.16

Appendiks B-16

Komponen Massa

(kg) Cp

(kJ/kg.°K) ΔT Q=m. Cp. ΔT NO2 187.87 0.404754339 255 19390.88567 N2O4 187.87 0.418588983 255 20053.67285


= (-252.32253) + (-11502.95) + 124400.834 + 662.787

= 113308.36


Komponen Massa

(kg) Cp

(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT O2 10749.783 1.145335 255 3139586.682 N2 152869.97 1.054625 255 41111227.73 H2O 20100.01 2.026582 255 10387251.32 NO 20155.844 1.070110 255 5500090.456 NO2 1626.61 0.404754 255 167886.456 N2O4 187.87 0.418589 255 20053.67285

Total H keluar 60326096.32 H bahan masuk = H bahan keluar + Q diserap + ΔH reaksi



Q = m x Cp x ΔT 81016416.5 = m x 4.186 x (323-303)

m = 967706.838

Appendiks B-17

7. Tail Gas Pre-Heater (E-117)

Fungsi: Menurunkan temperatur gas yang keluar dari platinum filter

T ref = 25 °C = 298 K T masuk = 287 °C = 560 K T keluar = 185 °C = 458 K T tail gas masuk = 47 °C = 320 K T tail gas keluar = 235 °C = 508 K


H9 141455821.14 H10 60326096.32

Q diserap 81016416.46

ΔH reaksi 113308.358

TOTAL 141455821.14 TOTAL 141455821.14

Aliran 12

458 K

Aliran 11 560 K

Tail Gas (Aliran17) 320 K


Appendiks B-18





2NO + O2 → 2NO2

M 553.9497835

276.9748918

148.592 R 138.4874459

69.24372294

138.487

S 415.4623377

207.7311688

287.079

2NO2 → N2O4 M 287.0792993 2.340482479 R 20.09555095 10.04777548 S 266.9837484 12.38825796

ΔT = T keluar - T ref = 458 - 298 = 160 K


ΔHf NO : 90.25 ΔHf O2 : 0 ΔHf NO2 : 33.18

Appendiks B-19

ΔHf N2O4 : 9.16

ΔH 298 K Komponen Koefisien KgMol ΔHf H=n.mol.ΔHf

NO 2 138.48745 90.25 24996.98398 O2 1 69.243723 0 0


Komponen Koefisien KgMol ΔHf H=n.mol.ΔHf

NO2 2 20.095551 90.25 3627.246947 N2O4 1 10.047775 9.16 92.03762337


ΔH 458 K


(kJ/kg.°K) ΔT Q=m.Cp.ΔT NO 4154.623377 1.034361627 160 687581.2795 O2 2215.799134 1.134459253 160 402197.4129

NO2 6370.422511 0.404754339 160 412552.9845 ΣH 458 K = produk - reaktan -677225.70


(kJ/kg.°K) ΔT Q=m.Cp.ΔT NO2 602.8665286 0.404754339 160 39042.05494 N2O4 924.3953439 0.418588983 160 61910.67304


Appendiks B-20


= (-15806.96) + (-3535.209) - (677225.7) + 22868.62

= -673699.26




Total H keluar 35999400.59 Menghitung kebutuhan tail gas

Komponen Massa (kg)

Cp (kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT

O2 66.08640975 1.118660625 22 1626.421817 N2 7489.794586 1.019784857 22 168035.5402

H2O 121.4669592 1.955053242 22 5224.436191 NO2 23.28370155 0.404754339 22 207.3319431

H tail gas masuk (H 17) 175093.7302


(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT O2 1586.073834 1.113279933 273 482048.1588

N2 179755.0701 1.012757014 273 49699160.8 H2O -14587.793 1.944726467 273 -7744809.91 NO2 558.8088372 0.40475433 273 61747.22233 H tail gas keluar (H 18) 42498146.26

Appendiks B-21

H bahan masuk + H tail gas masuk + Q suplai = H bahan keluar + H tail gas

keluar + Qloss + ΔH reaksi

2154545.064 + 175093.730 + Q suplai = 35999400.59 + 42498146.26 +

0.05 Q suplai + (-673699.26) Q suplai = 79467588.21 Q loss = 5% Q Suplai = 0.05 x 79467588.21kJ = 3973379.411 kJ/kg

Neraca Energi Total Masuk Keluar

H 11 2154545.064 H 12 35999400.589 H tail gas 175093.730 H tail gas 42498146.263 Q suplai 79467588.212 Q loss 3973379.411 ΔH reaksi 673699.260 TOTAL 82470926.26 TOTAL 82470926.26

Appendiks B-22

8. Condensor (E-118) Fungsi: Menurunkan temperatur gas yang keluar dari Tail Gas Pre-Heater, dan mengkondensatkan asam nitrat lemah yang didapatkan

T ref = 25 °C = 298 K T masuk = 185 °C = 458 K T keluar (H12) = 60 °C = 333 K T keluar (H15) = 66 °C = 339 K T air Masuk = 30 °C = 303 K T steam keluar = 50 °C = 323 K




H2O 20100.01079 0.816 160 2625032.803 NO 12463.87013 1.005 160 2003401.478 NO2 12281.25243 0.963 160 1891796.104

Aliran12 458 K

Aliran14 333 K

Cooling water 323 K

Cooling water 303 K

Aliran15 339 K

Aliran14 333 K

Appendiks B-23

N2O4 1139.719732 1.465 160 267159.0832 Total H masuk 33384732.95

Reaksi yang terjadi

2NO + O2 → 2NO2

M 415.462

207.731

266.984 R 178.649

89.324

178.649

S 236.814

118.407

445.633

2NO2 → N2O4

M 445.633

12.388 R 89.127

44.563

S 356.506

56.952

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

M 356.506

1116.667

- 356.506 R 149.733

49.911

99.822 149.733

S 206.774

1066.756

99.822 206.774 ΔT = T keluar - T ref = 333 - 298 = 35 K


ΔHf NO : 90.25 ΔHf O2 : 0 ΔHf NO2 : 33.18 ΔHf N2O4 : 9.16 ΔHf H2O : -285.283 ΔHf HNO3 : -174.100

Appendiks B-24

Komponen Koefisien KgMol ΔHf H=n.mol.ΔHf NO2 2 89.127 33.18 5914.435 N2O4 1 44.563 9.16 408.199


Komponen Koefisien KgMol ΔHf H=n.mol.ΔHf NO2 3 149.733 33.18 14904.377 H2O 1 49.911 -285.283 -14238.716

HNO3 2 99.822 -174.100 -34757.913 NO 1 49.911 90.25 4504.454

ΣH 298 K = produk – reaktan -30919.12

ΔH 333 K

Komponen Massa (kg)

Cp (kJ/kg.°K) ΔT Q=m.Cp.ΔT

NO 5359.4641 0.984 35 184519.015 O2 2858.380 0.963 35 96316.30854 NO2 8217.8450 0.942 35 270889.6178



NO 2 178.649 90.25 32246.109 O2 1 89.324 0 0.000


Appendiks B-25



ΣH 333 K = produk – reaktan 69073.97848

Komponen Massa (kg)

Cp (kcal/mol.K) ΔT Q=m.Cp.ΔT

NO2 6887.696748 0.942 35 227043.1641 H2O 898.395228 0.774 35 24349.55672 HNO3 6288.766596 2.344 35 515947.3641 NO 1497.32538 0.984 35 51550.86334


= 318417.449

Menghitung enthalpy bahan keluar


(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT H14

O2 3789.0165 0.963 35 127675.1067 N2 152869.976 1.067 35 5711027.786

H2O 10517.128 0.774 35 285049.8373 NO 8601.731 0.984 35 296145.8367 NO2 9511.581 0.942 35 313535.798 N2O4 5239.539 1.423 35 260990.0242

Total keluar H 14 6994424.389 H15

H2O 8684.487204 0.774 41 275729.7423

Appendiks B-26

HNO3 6288.766596 2.344 41 604395.4837 Total keluar H 15 880125.226

Total H keluar 7874549.615 ΔH bahan masuk = ΔH bahan keluar + Q diserap + ΔH reaksi



Q = m x Cp x ΔT 25191765.9 = m x 4.186 x (323-303)

m = 300904.991


H 12 33384732.95 H 14 6994424.389 H15 880125.226 Q diserap 25191765.9 ΔH reaksi 318417.449 TOTAL 33384732.947 TOTAL 33384732.947

9. Oxidation Unit (X-121) Fungsi: Mengoksidasi NO menjadi NO2

326 K

413 K

OXIDATION

UNIT Aliran 14

333 K

Aliran 20

Aliran 16

Appendiks B-27

T ref T masuk (H14)

= =

25 60

°C = °C =

298 333

K K

T masuk (H20) = 53 °C = 326 K T keluar (H16) = 140 °C = 413 K



(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT H 14 O2 3789.016519 1.1201 35 148549.1942 N2 152869.9763 1.0217 35 5466707.627 H2O 10517.12836 1.958 35 720795.0143 NO 8601.731354 0.937 35 282266.6009 NO2 9511.581224 0.4047 35 134744.882 N2O4 5239.539225 0.4185 35 76762.46877

Total H 14 6829825.787 H 20 O2 7146.670504 1.11936 28 226146.0261 N2 26885.0938 1.0206 28 775754.4693 N2O4 11 0.4186 28 130.1655639

Total H 20 1002030.661 Total bahan masuk 7831856.448

Reaksi yang terjadi

2NO + O2 → 2NO2

M 286.724

341.740

206.774 R 229.380

114.690

229.380

S 57.345

227.050

436.153

Appendiks B-28

2NO2 → N2O4

M 436.153

57.071 R 65.423

32.711

S 370.730

89.783 ΔT = T keluar - T ref = 413 - 298 = 115 K


ΔHf O2 : 0 ΔHf N2 : 0 ΔHf H2O : -285.283 ΔHf NO : 90.25 ΔHf NO2 : 33.18 ΔHf N2O4 : 9.16


NO 2 229.380 90.25 41403.00025 O2 1 114.690 0 0


Komponen Koefisien KgMol ΔHf H=n.mol.ΔHf

NO2 2 65.423 33.18 4341.467038 N2O4 1 32.711 9.16 299.6371162


Appendiks B-29

ΔH 413 K


(kJ/kg.°K) ΔT Q=m.Cp.ΔT NO 6881.385083 1.009 115 798483.617 O2 3670.072044 1.1293 115 476633.598 NO2 10551.45713 0.4047 115 491136.0265





= (-783981.19)+(4787.996) + (-4041.84) + (199.49)

= -809416.3989




Total bahan keluar 8641272.448

Appendiks B-30


H 14 6829825.787 H 16 8641272.448 H 20 1002030.661 ΔH reaksi 809416.3989 TOTAL 8641272.448 TOTAL 8641272.448

10. Secondary Cooler (E-1 22) Fungsi: Menurunkan suhu gas reaksi yang akan masuk ke dalam absorber

T ref = 25 °C = 298 K T masuk = 140 °C = 413 K T keluar = 65 °C = 338 K T air Masuk = 30 °C = 303 K T steam keluar = 50 °C = 323 K

Aliran 16 413 K Aliran 17

338 K

Cooling water 323 K

Cooling water 303 K

Appendiks B-31


Komponen Massa (kg) cp


total H masuk 26097103.38 Reaksi yang terjadi

2NO + O2 → 2NO2

M 57.345

227.050

370.730 R 54.478

27.239

54.478

S 2.867

199.812

425.208

2NO2 → N2O4

M 425.208

89.783 R 114.806

57.403

S 310.402

147.186 ΔT = T keluar - T ref = 338 - 298 = 40 K


ΔHf NO : 90.25 ΔHf O2 : 0 ΔHf NO2 : 33.18

Appendiks B-32

ΔHf N2O4 : 9.16


NO 2 54.478 90.25 9833.21256 O2 1 27.239 0 0


Komponen Koefisien Kg. Mol ΔHf H=n.mol.ΔHf

NO2 2 114.806 33.18 7618.531195 N2O4 1 57.403 9.16 525.8118275


ΔH 338 K

Komponen Massa

(kg) Cp

(kJ/kg.°K) ΔT Q=m. Cp. ΔT NO 1634.33 0.943513 40 61680.45554 O2 871.64 1.120721 40 39074.71572


Komponen Massa

(kg) Cp

(kJ/kg.°K) ΔT Q=m. Cp. ΔT NO2 5281.079 0.4047543 40 85501.59355 N2O4 5281.079 0.41858898 40 88424.06763


Appendiks B-33


=

2922.474077 + (-60183.06472) + (-7092.719367) + (-6218.076906)

= -70571


Komponen Massa

(kg) cp

(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT O2 6393.973 1.120721 40 286634.4674 N2 179755.07 1.022476 40 7351812.471 air 10517.128 1.959373 40 824279.0295 NO 86.01731 0.943513 40 3246.339765 NO2 14278.47 0.404754 40 231170.9752 N2O4 13541.074 0.418589 40 226725.7834

Total H keluar 8923869.067 ΔH bahan masuk = ΔH bahan keluar + Q diserap + ΔH reaksi

26097103.38 = 8923869.067 + Q diserap + (-70571) Q diserap = 17243805.7

Menghitung jumlah air pendingin yang dibutuhkan: Q = m x Cp x ΔT

17243805.7 = m x 4.186 x (323-303) m = 205970

Neraca Energi Total

Masuk (kJ) Keluar (kJ) H16 26097103.38 H17 8923869.07 Q diserap 17243805.7 ΔH reaksi -70571 TOTAL 26097103.38 TOTAL 26097103.38

Appendiks B-34

11. Absorber (D-120) Fungsi: untuk mengabsorb gas reaksi dengan air agar menjadi HNO3.

T ref = 25 °C = 298 K T masuk (H17) = 65 °C = 338 K T masuk (H15) = 65 °C = 338 K T keluar (H19) = 45 °C = 318 K T air proses masuk = 25 °C = 298 K T CW Masuk = 30 °C = 303 K T CW keluar = 50 °C = 323 K


ABSORBER

Cooling water 323 K

Aliran 17 338 K

Aliran 15 338 K

Aliran 18 318 K

cooling water 303 K

Air proses 298 K

Appendiks B-35



(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT H 17 O2 6393.973 1.120721 40 286634.4674 N2 179755.07 1.022476 40 7351812.471 H2O 10517.128 1.95937 40 824279.0295 NO 86.01731 0.94351 40 3246.339765 NO2 14278.47 0.40475 40 231170.9752 N2O4 13541.074 0.41859 40 226725.7834

Total H 17 masuk 8923869.067 H 15 H2O 8684.487204 0.774 40 269004.6267 HNO3 6288.766596 2.344 40 589654.1304

Total H 15 masuk 858658.7571 Air Proses H2O 17130.098 1.922 0 0


N2O4 → 2NO2

M 147.186

310.402 R 147.066

294.132

S 0.120

604.534

2NO + O2 → 2NO2

M 2.867

199.812

604.534 R 2.867

1.434

2.867

S 0

198.378

607.401

Appendiks B-36

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

M 607.401

1108.423

99.822

0 R 595.253

198.418

396.835

198.418

S 12.148

910.005

496.657

198.418

4NO + 2H2O + 3O2 → 4HNO3 M 198.418

910.005

198.378

496.657

R 198.418

99.209

148.813

198.418 S 0

810.797

49.565

695.075

ΔT = T keluar - T ref = 318 - 298 = 20 K


ΔHf NO : 90.25 ΔHf O2 : 0 ΔHf NO2 : 33.18 ΔHf N2O4 : 9.16 ΔHf H2O : -285.283 ΔHf HNO3 : -174.100


N2O4 1 147.066 9.16 1347.124806 NO2 2 294.132 33.18 19518.60308


Appendiks B-37

Komponen Koefisien Kg. Mol ΔHf H=n.mol.ΔHf NO 2 2.867 90.25 517.5375031 O2 1 1.434 0 0

NO2 2 2.867 33.18 190.2702976 ΣH 298 K = produk - reaktan 707.8078007

Komponen Koefisien Kg. Mol ΔHf H=n.mol.ΔHf NO2 3 595.253 33.18 59251.47285 H2O 1 198.418 -285.28 -56605.17691

HNO3 2 396.835 -174.1 -138178.0379 NO 1 198.418 90.25 17907.19116


Komponen Koefisien Kg. Mol ΔHf H=n.mol.ΔHf NO 4 198.418 90.25 71628.76464

H2O 2 99.209 -

285.283 -56605.17691 O2 3 148.813 0 0

HNO3 4 198.418 -174.1 -138178.0379 ΣH 298 K = produk - reaktan -123154.4502

ΔH 318 K

Komponen Massa (kg)

cp (kJ/kg.°K) ΔT

Q=m. Cp. ΔT

N2O4 13530.074 0.418589 20 113270.8021 NO2 13530.07 0.4047543 20 109527.127


Appendiks B-38



ΔT NO 86.02 0.91809 20 1579.434142 O2 45.88 1.118432 20 1026.181192




ΔT NO2 27381.63 0.4047 20 221656.6956 H2O 3571.517351 0.774 20 55314.4169 HNO3 25000.62145 2.344 20 1172067.645 NO 5952.53 0.9180 20 109299.2447


Komponen Massa (kg)

cp (kJ/kg.°K) ΔT

Q=m. Cp. ΔT

NO 5952.53 0.91809 20 109299.2447 H2O 1785.758675 0.774 20 27657.20845 O2 4762.02 1.1184 20 106519.9487

HNO3 12500.31073 2.344 20 586033.8223 ΣH 318 K = produk - reaktan 342557.4204


= 1122466.128

Menghitung enthalpy bahan keluar


(kJ/kg.°K) ΔT H=m.Cp.ΔT H 18 H2O 29182.13252 0.774 20 451962.7054

Appendiks B-39

N2O4 11 0.4185 20 92.08957617 HNO3 43789.69878 2.344 20 2052928.532

Total 2504983.327 Tail gas (H 19) O2 1586.073834 1.1184 20 35478.3038 N2 179755.0701 1.0195 20 3665154.828 H2O 1792.31 0.774 20 27758.56 NO2 558.8088372 0.40475 20 4523.606032

Total 3732915.34 Total H keluar 6237898.66

ΔH bahan masuk = ΔH bahan keluar + Q diserap + ΔH reaksi


Menghitung jumlah air pendingin yang dibutuhkan: Q = m x Cp x ΔT

2422163 = m x 4.186 x (323-303) m = 28931.71

Neraca Energi Total

Masuk (kJ) Keluar (kJ) H 17 8923869.07 H 18 2504983.33 H 15 858658.76 Tail gas (H 19) 3732915.34 Q diserap 2422163.03 ΔH reaksi 1122466.128 TOTAL 9782527.82 TOTAL 9782527.82

Appendiks C-1

APENDIKS C PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT

1. Waste Heat Boiler ( E-115)

Fungsi : untuk menurunkan suhu gas reaksi yang keluar dari reaktor dari 595oC ke 280oC Tipe : 1 – 2 shell and tube heat exchanger Kondisi Proses: Fluida Dingin ( Cooling Water) T masuk (t1) = 30 oC = 86 oF =303 oK T keluar (t2) = 50 oC =122 oF =323 oK Fluida Panas (gas reaksi) T masuk (t1) = 595 oC = 1103 oF =868,15 oK T keluar (t2) = 280 oC =536 oF =553,15 oK Rate masuk = 8562,59 kg/jam = 18877,385 lb/jam Ditetapkan faktor kekotoran gabungan (Rd) = 0,001 lb/jam

1. Langkah – langkah perhitungan : Material dan heat balance H bahan masuk = H bahan keluar- Q yang diserap air pendingin

5893992,5 = 2478717,0 – Q serap Q serap = 3415275,5 kJ/jam

Waste Heat Boiler (E-115)

Air pendingin t1 = 86 oF

Air pendingin t 2 = 122 oF

Gas reaksi t1 = 284 oF

T2 = 149 oF

∆T2

∆T2

Appendiks C-2

= 3237043,9 btu/jam 2. m = 977703 kg/hari = 40737,6 kg/jam

= 89810 lb/jam

Menghitung ∆tLMTD Hot

Fluid Cold Fluid Diff.

1103 Higher Temp 122 981 ∆t1

536,0 Lower Temp 86 450 ∆t2 567 Differences 36 531

∆tLMTD = ∆t1 - ∆t2 = 981 - 450

ln ∆t1 ln 981

∆t2 450

= 681,36 oF 3.

R = T1-T2t1-t1

= 1103 - 536122 - 86

= 15,750 (Kern, Pers. 5-14, hal 149)

R = t1-t2

T1-T1 =

1103 - 536122 - 86

= 0,035

FT = 0,95 [Kern, fig. 18, hal 828] ∆T = FT x ∆tLMTD = 0,95 x 681,36 = 647,3 oF T average

Tavg = (T1+ T2)

2 =

16392

= 819,5 oF

T avg = (t1 + t2)

2 =

2082

= 104 oF 4. Dalam perancangan ini direncanakan menggunakan tube dengan

spesifikasi : OD = ¾ in

Appendiks C-3

BWG = 16 L = 16 ft Pitch = 1 in.square Trial Ud Dari Kern, tabel 8, hal 840 harga Ud untuk cooler dengan fluida panas gas dan fluida dingin water sebesar 2-50 Btu/jam.ft2.oF Diambil harga Ud = 21 Btu/hr.ft2.oF

A = Q = 3237044 = 238,14 ft2

Ud × ∆T 21 x 647

Luas permukaan luar (a”) = 0,196 ft2/ft

Jumlah tube (Nt) = A

a" x l

= 238,14

0,196 x 16 = 76 buah

Nt distandarkan dan ID shell didapatkan dari kern, tabel 9, hal 841 Nt = 76 buah ID shell (IDs) = 12 in Ud dikoreksi dengan menggunakan persamaan:

Ud koreksi = Nt

Nt standard x Ud trial = 76

76 x 21

= 21 btu/jam.ft2.oF Kesimpulan sementara hasil perancangan : Bagian shell Bagian tube IDs = 12 in Nt = 76 ; n = 2 n = 1 L = 16 ft ; BWG = 16 B = 4 in OD= ¾ in ; PT = 1 in square

Evaluasi Perpindahan panas Fluida panas;bagian shell;gas reaksi

Fluida dingin;bagian tube;air pendingin

Appendiks C-4

5. as = ID X C'B144 X PT

C’PT – OD = 0,25 as = 12,00 x 0,25 x 4

144 x 1

as = 0,08 ft2

6. Gs Was

= 188770,08

= 226528,618 lb/jam.ft2 7. Pada T avg = 819,5 oF 𝜇 larutan = 1,80 cp = 4,36 lb/ft.jam

De = 0,9512

= 0,0792 ft

Res = De x Gs

𝜇

= 0,0792 x 226528,618

4,36

= 4116,96 8. jH = 34 (kern,fig 28) 9. Pada Tavg = 819,5 oF Kgas = 0,018 (kern, tabel 4) Cp larutan = 0,696 btu/lb oF ( c μ

k )1/3 = 5,523

10. ho = jH x k

De x ( c μ

k )1/3

5. a’t = 0,302 (kern,tabel 10)

a’t = Nt x a’t

144 X n =

76 x 0,302 144 X 2

= 0,0797 ft2

6. Gt Wat

= 898100,0797

= 1126931 lb/jam.ft2

V= Gt

3600 x ρ =

1126930,9 lb/jam.ft23600 x 63

= 5,01 fps 7. Pada Tavg = 104 oF 𝜇 air = 0,75 cp ( kern ,fig 14) = 1,82 lb/ft.jam

ID = 0,6212

( kern,tabel 10) = 0,052 ft

Ret = ID X Gt

μ

= 0,0517 X 1126931

1,82

= 32079,76 10. hi = 1200 (kern,fig 25)

Appendiks C-5

ho = 34 𝑥 (0,0180,079) x 5,523

= 42,69 btu/jam.ft2.oF

hio = hi x IDOD

= 1200 x 0,6203/4

= 992 btu/jam.ft2.oF

11. Tahanan panas pipa bersih, Uc :

Uc = hio x hohio+ho

= 992 x 43992 + 4

= 40,9 btu/jam.ft2.oF 12. Dirt factor / faktor kekotoran (Rd) :

Rd = Uc - UdUc x Ud

= 40,9 - 2540,9 x 25

= 0,0233 btu/jam.ft2.oF

Rd hitung > Rd ketetapan, sehingga rancangan HE sudah memenuhi standar

Evaluasi ∆P Fluida panas;bagian shell; gas reaksi

Fluida dingin;bagian tube;air pendingin

1. Res = 4116,968 f = 0,0025 (kern,fig 29) 2. No. of crosses,

N + 1 = 12 x L

B =

12 x 164

= 48

IDs = 1212

= 1

∆Ps = f.(Gs)2.Ds.(N+1)

5,22 x 1010 x De x s

= 0,0025x(271834,342)2x1x(36)

5,22 x 1010 x 0,0792 x 1

= 1,49 psi ∆Ps yang diijinkan = 2 psi

1. Ret = 32079,76 f = 0,00018 (kern,fig.26)

2. ∆Pt = f.(Gt)2.L.n

5,22 x 1010 x De x s

= 0,00018x(468964)2x16x25,22 x 1010 x 0,0792 x 1

= 2,71 psi

3. Gt = 1126931 lb/jam.ft2

V2

2g = 0,38 (kern,fig.27)

∆Pn = 4n.V2

s 2g

= 4x2x0,38

1 = 3,04 psi

∆PT = 5,75 psi ∆PT yang diizinkan = 10 psi

Appendiks C-6

∆P hasil rancangan < ∆P yang diijinkan, maka HE sudah memenuhi standart Spesifikasi alat : Waste heat boiler Fungsi : untuk menurunkan suhu gas reaksi yang keluar dari konverter dari 595oC ke 280oC Tipe : 1 – 2 shell and tube heat exchanger Ukuran : shell side ID : 12 in Baffle space : 4 in Passes : 1 Tube side Jumlah tube : 76 Panjang : 16 ft OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in square Passes : 2

Appendiks C-7

2.POMPA SENTRIFUGAL (L-123) Fungsi : memompa asam nitrat ke absorber Tipe : sentrifugal pump

ρ Asam nitrat = 50,71 lb/ft3 μ Asam Nitrat = 1,1 cp

= 0,000738969 lb/ft.s

Rate massa masuk = 6288,77 kg/hari

= 13864,43 lb/hari

= 0,16 lb/s

Rate Volumetrik = 0,0032 ft3/s

1m 3 m

1m

1 m 2 m

5 m

1,5 m

Appendiks C-8

Asumsi aliran turbulent (Peter & Timmerhaus 3th, hal 381)

Di opt = 3,9 x Q0.45 x ρ0.13

= 3,9 x 0,3981 x 1,6660

= 0,487 in

= 0,012 m Digunakan pipa ½ in sch 40

ID = 0,840 in = 0,021 m = 0,070 ft A = 0,00211 ft2 = 0,00020 m2

v = 0,0032 ft3/s = 1,500 ft/s

0,00211 ft2

Nre = ρ x D x v

µ

= 50,71 x 0,070 x 1,500

0,0007

= 7203,992 (turbulent) Perhitungan friksi

1.Friksi yang terjadi karena adanya sudden contraction

hc = Kc v22

(Geankoplis 4th, hal 98)

2α dimana :

Kc = 0.55 (1-(A2/A1))

v2 = v

Karena luas pemukaan tangki sangat jauh lebih besar dari luas permukaan pipa

maka: A1 >>>>>>> A2

Jadi Kc

= 0,550

dengan

hc

= 0,550 x 2,249

2 x 1

Appendiks C-9

= 1,391 J/kg

2.Friksi karena pipa lurus Panjang pipa lurus diperkirakan = 14,5 m = 47,57 ft Bahan pipa adalah commercial steel, Dengan 𝜀 = 0,000046 m ( geankoplis,4th,hal 94) Sehingga diperoleh

ε/D = 0,00216 Nre = 7203,99 L = 14,5 m

Dari Geankoplis Fig. 2.10-3 diperoleh f = 0,0090

Ff = 4 f v22 L (Geankoplis 3th, hal 92)

2 D

3.Friksi karena belokan (elbow) dan valve

hf = 4 Kf v22 + Kf v2

2 2 2

= 4 0,750 x 2,249 + 1 x 2,249

2

2

=

4,217 J/kg

4.Friksi yang terjadi karena adanya ekspansi

hex = Kex v22


2α dimana : Kex = (1-(A2/A3))2

Karena luas permukaan tangki sangat jauh lebih besar dari luas permukaan pipa,maka : A3 >>A2 ; karena A3>>A2 maka A2/A3 =0

4 x 0,0090 x 1,500 2 x 47,6

2 x 0,070

= 27,514 J/kg

Appendiks C-10

Jadi, Kex = (1-0)2

= 1

hex = 1 x 1,5002

2 x 1 = 1,125 J/kg

Jadi friksi pada pipa :

∑ Fs = hc + Ff + hf + hex

= 1,391 + 27,51 + 4,22 + 1,125

= 34,247 J/kg

Z1 = 3 m Z2 = 6,0 m ΔZ = 3,5 m

ρ1 = ρ2 = 50,71 kg/m3

v1 = 0 m/s v2 = 1,500 m/s α = 1 , untuk aliran turbulen

g = 9,800 m/s2

Perhitungan power pompa Mechanical Energy Balance:

Z1g + P1ρ1

+ V12

2α – Ws - ∑F = Z2g +

P2ρ2

+ V22

2α

24,5 + 1015

51 + 0 - Ws – 34,247 = 58,8 +

120050,71

+ 2,249

2

-Ws = 73,320 J/kg

Appendiks C-11

Efisiensi pompa (ή) = 62 % (Geankoplis 4th, hal 147)

Wp = - Ws (Geankoplis 4th, hal 144) ή

= 73,320 = 118,257 J/kg

0,62

pump kW power = Wp x

1000

= 146,639 x 0,073

1000

= 0,011 kW


Efisiensi motor (ήe) = 0,8 (Peter & Timmerhaus, 1976)

Power motor = 0,009 = 0,011 kW

0,8 Spesifikasi pompa:

Nama : Pompa sentrifugal (L-123) Fungsi : Memompa asam nitrat ke absorber tipe : pompa sentrifugal Bahan : Commercial steel

Kapasitas : 262,03 kg/jam Power Pompa : 0,5 hp

Ukuran pipa : ½ in, sch num 40 Diameter pipa dalam : 0,622 in Diameter pipa luar : 0,840 in Power motor penggerak: 0,014 hp

Appendiks C-12

3.REAKTOR (R-110)

Aliran masuk

Komponen kg/hari fraksi densitas NH3 12655,56 0,06158358 0,73 kg/m3 O2 40497,80 0,19706745 1,429 kg/m3 N2 152348,86 0,74134897 1,251 kg/m3

TOTAL 205502,23 1 desain tinggi dan diameter :

P

= 8 atm

= 117,568 psig densitas:

feed

= 1,253993 kg/m3

rate

= 163878,29 m3/hari Ls

= 1.5 D

residence time = 0,0026

= 0,000108333 V

= 17,75 m3

model tutup atas = standart dishhead

trial ID

= 2,4466068 m

result of eq

= 17,75161666 error

= 0,00

so Ls

= 3,669910 m

Appendiks C-13

tinggi tutup atas = 1,2233034 m bahan SA 387 grade P, allowable stress = 15000 psi

Pengelasan double welded but joint. faktor korosi ( C ) = 0,06 in E=0,8

E = 0,8

desain tebal bagian silinder : 𝑡𝑠= (𝑝𝑖 . 𝑑𝑖)/(2(𝑓𝐸−0,6 𝑝𝑖))+𝐶

ts = 0,0611 in standarisasi ts = 1 in desain tebal bagian tutup atas : 𝑡ℎ= (0,885 𝑝𝑖 𝑟)/(2(𝑓𝐸 −0,1 𝑝𝑖))+𝐶 th= 0,06048 in standarisasi th=0,5 in desain nozzle laju alir = 45,52 ft3/detik

trial = aliran turbulent. Di opt

= 22,38935 in

v

= 16,658227 ft/detik NRe

= 4676,9785

dari NRe maka didapat bahwa trial benar dan ukuran pipa memenuhi. standarisasi pipa:

sch

= 10 NPS

= 40

OD

= 40 in thicknes

= 0,3 in

ID

= 39,4 in reinforcement:

Dp

= 55 in tp

= 3 in

Appendiks C-14

tebal pengelasan bagian luar

= 0,44 tebal pengelasan bagian dalam

= 0,5

trs

= 0,0610966 trn

= 0,0776594

twi

= 0,35 two

= 0,25

dari data awal diketahui tebal pengelasan bagian luar 0,44 in dan dalam 0,5 in maka tebal pengelasan sudah memenuhi syarat A

= 2,4072056 in2

A1

= 37,556136 A2

= -1,033884

A3

= 0,185 A4

= 43,2

A1+A2+A3+A4 = 79,907253 > A maka penguat sudah memenuhi

Spesifikasi Keterangan No. kode R-110 Fungsi untuk mengkonversi NH3 ke NO

Kapasitas 205502,23 kg/hari

Bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 Grade C Tipe sambungan Double welded but joint Jenis tutup atas Standart Dished Head

ID shell 2,446606766 ft OD shell 2,61 ft

Panjang shell 3,67 ft Tebal shell 1 in

Tebal tutup atas 1/2 in ID nozzle 39 2/5 in

OD nozzle 40 in

Appendiks C-15

D Reinforcement 55 in

Tebal

Reinforcement 3 in Jumlah Nozzle 1 buah

BIODATA PENULIS

Indira Tri Hastari, penulis dilahirkan di Pekanbaru, pada tanggal 9 Desember 1992, anak ketiga dari tiga bersaudara. Dengan alamat rumah Jl. Utama Gg. Nusa Indah No.3 Pekanbaru, Riau. Penulis telah menempuh pendidikan formal diantaranya SDIT Al-Ittihad Pekanbaru, SMPIT Al-Ittihad Pekanbaru, SMA Cendana Pekanbaru, Diploma III Teknik Kimia FTI - ITS, terdaftar dengan Nomor Registrasi 2311 030 003.

Di jurusan DIII Teknik Kimia ini, penulis aktif dalam kegiatan seminar yang diselenggarakan baik oleh jurusan, fakultas, maupun institut, dan aktif sebagai pengurus di Himpunan Mahasiswa DIII Teknik Kimia dan BEM FTI-ITS. Penulis pernah melaksanakan kerja praktek di PT. PUPUK SRIWIDJAJA, PALEMBANG – SUMSEL. Email: [email protected] No. HP: 0856585065500

mailto:[email protected]

Emmaza Kharisma Lestari, penulis dilahirkan di Jember, pada tanggal 31 Maret 1993, anak pertama dari dua bersaudara. Dengan alamat rumah Jl. Utama Gg. Nusa Indah No.3 Pekanbaru, Riau. Penulis telah menempuh pendidikan formal diantaranya SD Rambipuji 02, SMPN 1 Rambipuji, SMAN 1 Jember, Diploma III Teknik Kimia FTI - ITS, terdaftar dengan Nomor Registrasi 2311 030 006.

Di jurusan DIII Teknik Kimia ini, penulis aktif dalam kegiatan seminar yang diselenggarakan baik oleh jurusan, fakultas, maupun institut, dan aktif sebagai pengurus di Himpunan Mahasiswa DIII Teknik Kimia dan BEM FTI-ITS. Penulis pernah melaksanakan kerja praktek di PT. PUPUK PETROKIMIA, GRESIK. Email: [email protected] No. HP: 085236708667

mailto:[email protected]

pabrik asam nitrat dari amoniak dengan proses oksidasi

Documents