tugas akhir prarancangan pabrik furfural …... · tabel 2.9 neraca massa recycle..... 32 tabel...
If you can't read please download the document
TRANSCRIPT
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK FURFURAL DARI SEKAM PADI DENGAN PROSES QUAKER OATS
KAPASITAS 3.000 TON/TAHUN
Oleh :
Siti Mira Qomariah I 1507044
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya,
penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan Proses Quaker Oats
Kapasitas 3.000 Ton/Tahun.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik
berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu,
penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Non-reguler
2. Ir. Endah Retno D., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Dr. Sunu Herwi
Pranolo selaku Dosen Pembimbing II, atas bimbingan dan bantuannya dalam
penulisan tugas akhir serta Ketua Program Studi Non-reguler.
3. Kedua Orangtua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang
senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.
4. Teman - teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan 2007
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh
karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan
tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.
Surakarta, Juni 2012
Penulis
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
DAFTAR ISI
Halaman Judul ............................................................................................... i
Lembar Pengesahan ........................................................................................ ii
Kata Pengantar ................................................................................................ iii
Daftar Isi ...................................................................................................... . iv
Daftar Tabel ................................................................................................... vii
Daftar Gambar ............................................................................................. . ix
Intisari .......................................................................................................... . x
BAB I PENDAHULUAN........................................................................... . 1
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ............................................ . 1
1.2 Kapasitas Perancangan .......................................................... . 2
1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ........................................................ . 4
1.4 Tinjauan Pustaka ................................................................... . 7
1.4.1 Macam-macam Proses ............................................... . 7
1.4.2 Kegunaan Produk ....................................................... . 9
1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ............ . 10
1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum ................................... . 14
BAB II DESKRIPSI PROSES ..................................................................... . 15
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ...................................... . 15
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ............................................. . 15
2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu ....................................... . 15
2.1.3 Spesifikasi Produk ...................................................... . 17
2.2 Konsep Dasar Proses .............................................................. . 17
2.2.1 Dasar Reaksi .............................................................. . 17
2.2.2 Pemakaian Katalis ...................................................... . 17
2.2.3 Mekanisme Reaksi .................................................... . 18
2.2.4 Fase Reaksi ............................................................... . 18
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
2.2.5 Kondisi Operasi .......................................................... . 19
2.2.6 Tinjauan Termodinamika dan Kinetika ....................... . 19
2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses .............................. . 23
2.3.1 Diagram Alir Proses.................................................... . 23
2.3.2 Langkah langkah Proses ........................................... . 26
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ............................................ . 29
2.4.1 Neraca Massa ............................................................. . 29
2.4.2 Neraca Panas ............................................................. . 34
2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ...................................... . 36
2.5.1 Lay Out Pabrik ........................................................... . 36
2.5.2 Lay Out Peralatan Proses ............................................ . 39
BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES ...................................................... . 42
3.1 Reaktor 01 .............................................................................. . 43
3.2 Reaktor 02 .............................................................................. . 44
3.3 Menara Distilasi ...................................................................... . 45
3.4 Filter ........................................................................................ . 46
3.5 Condenser................................................................................. . 47
3.6 Reboiler ................................................................................... . 47
3.7 Akumulator .............................................................................. . 48
3.8 Belt conveyor ............................................................................ . 49
3.9 Decanter ................................................................................... . 50
3.10 Tangki ...................................................................................... . 50
3.11 Mixer ........................................................................................ . 52
3.12 Heat Exchanger ........................................................................ . 53
3.13 Pompa ...................................................................................... . 55
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ............ . 60
4.1 Unit Pendukung Proses ......................................................... 60
4.1.1 Unit Penyediaan dan Pengolahan Air ......................... 60
4.1.1.1 Air Pendingin dan Air Proses ........................ 61
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
4.1.1.2 Air Umpan Boiler.......................................... 63
4.1.1.3 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi................. 66
4.1.2 Unit Pengadaan Steam ................................................ 67
4.1.3 Unit Pengadaan Listrik ............................................... 68
4.1.4 Unit Penyediaan Bahan Bakar ..................................... 69
4.1.5 Unit Pengadaan Udara Tekan ...................................... 69
4.1.6 Unit Pengolahan Limbah ............................................ 70
4.2 Laboratorium ........................................................................ 71
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ...................................................... . 73
5.1 Bentuk Perusahaan ................................................................ . 73
5.2 Struktur Organisasi ................................................................ . 73
5.3 Tugas dan Wewenang ........................................................... . 75
5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ........................................... 76
5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ........................................ 78
5.6 Kesejahteraan Sosial Karyawan ............................................. 79
BAB IV ANALISA EKONOMI .................................................................... 81
6.1 Penafsiran Harga Alat .............................................................. 83
6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ............................... 84
6.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost) .......................... 85
Daftar Pustaka
Lampiran
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Kapasitas Produksi Industri Furfural yang telah Berdiri ................ 2
Tabel 1.2 Macam-macam Proses Pembuatan Furfural................................... 9
Tabel 2.1 Neraca Massa Mixer (M-01) ......................................................... 29
Tabel 2.2 Neraca Massa Reaktor (R-01) ....................................................... 29
Tabel 2.3 Neraca Massa Filter (F-01) ........................................................... 30
Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor (R-02) ....................................................... 30
Tabel 2.5 Neraca Massa Decanter (Dc-01) ................................................... 31
Tabel 2.6 Neraca Massa Mixer (M-02) ......................................................... 31
Tabel 2.7 Neraca Massa Decanter (Dc-02) ................................................... 31
Tabel 2.8 Neraca Massa Menara Distilasi (MD-01) ...................................... 32
Tabel 2.9 Neraca Massa Recycle .................................................................. 32
Tabel 2.10 Neraca Massa Total ...................................................................... 33
Tabel 2.11 Neraca Panas pada Mixer (M-01) .................................................. 34
Tabel 2.12 Neraca Panas pada Reaktor (R-01A) ............................................. 34
Tabel 2.13 Neraca Panas pada Reaktor (R-01B) ............................................. 34
Tabel 2.14 Neraca Panas pada Filter (F-01).................................................... 34
Tabel 2.15 Neraca Panas pada Reaktor (R-02) ................................................ 35
Tabel 2.16 Neraca Panas pada Decanter (Dc-01) ............................................ 35
Tabel 2.17 Neraca Panas pada Mixer (M-02) .................................................. 35
Tabel 2.18 Neraca Panas pada Decanter (Dc-02) ............................................ 35
Tabel 2.19 Neraca Panas pada Menara Distilasi (MD-01) ............................... 35
Tabel 3.1 Spesifikasi Pengaduk dan pemanas pada Reaktor .......................... 43
Tabel 3.2 Spesifikasi Alat Proses Dekanter................................................... 50
Tabel 3.3 Spesifikasi Alat Proses Tangki ...................................................... 50
Tabel 3.4 Spesifikasi Mixer .......................................................................... 52
Tabel 3.5 Spesifikasi Heat Exchanger Shell and Tube .................................. 53
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
Tabel 3.6 Spesifikasi Heat Exchanger Double Pipe ...................................... 54
Tabel 3.7 Spesifikasi Pompa Proses.............................................................. 55
Tabel 4.1 Kebutuhan Air Proses .................................................................. 62
Tabel 4.2 Kebutuhan Air Pendingin.............................................................. 63
Tabel 4.3 Kebutuhan Air Boiler ................................................................... 66
Tabel 4.4 Kebutuhan Air Konsumsi dan Sanitasi .......................................... 66
Tabel 4.5 Kebutuhan Total Air Sungai ......................................................... 67
Tabel 4.6 Spesifikasi Cooling Tower ............................................................ 67
Tabel 4.7 Spesifikasi Boiler .......................................................................... 68
Tabel 4.8 Kebutuhan Energi Listrik .............................................................. 68
Tabel 4.9 Spesifikasi Genarator .................................................................... 69
Tabel 4.10 Spesifikasi Kompresor .................................................................. 70
Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift .............................................. 77
Tabel 5.2 Perincian Kualifikasi, Jumlah dan Gaji Karyawan ......................... 78
Tabel 6.1 Fixed Manufacturing Cost (FCI) ................................................... 85
Tabel 6.2 Working Capital Investment (WCI) ............................................... 86
Tabel 6.3 Direct Manufacturing Cost ........................................................... 86
Tabel 6.4 Indirect Manufacturing Cost ......................................................... 86
Tabel 6.5 Fixed Manufacturing Cost ............................................................ 87
Tabel 6.6 General Expense ........................................................................... 87
Tabel 6.7 Analisa Kelayakan ........................................................................ 91
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Rumus Bangun furfural ............................................................ 1
Gambar 1.2 Grafik Impor Furfural di Indonesia .......................................... 4
Gambar 1.3 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik Furfural ............................... 6
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ............................................................ 24
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif .......................................................... 25
Gambar 2.3 Layout Pabrik ........................................................................... 38
Gambar 2.4 Layout Peralatan Proses ........................................................... 41
Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air Sungai ................................................ 65
Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Furfural ......................................... 75
Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ........................................... 84
Gambar 6.2 Grafik Analisis Kelayakan ....................................................... 92
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
INTISARI
Siti Mira Qomariah, 2012, Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan Proses Quaker Oats, Kapasitas 3.000 Ton/Tahun, Program studi S1 Non Reguler, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Furfural adalah senyawa organik yang kurang larut dalam air namun larut dalam alkohol, eter, dan benzena. Furfural banyak digunakan dalam industri kimia seperti bahan pembentuk resin dan pelarut dalam industri pemurnian minyak pelumas. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik furfural dengan kapasitas 3.000 ton/tahun dengan bahan baku sekam padi 30.100.000 ton/tahun dan toluena 15 ton/tahun. Lokasi pabrik yang dipilih adalah di kawasan industri Cilacap, Jawa Tengah. Proses pembuatan furfural dari sekam padi ada tiga tahapan yaitu: pertama, tahap penyiapan bahan baku. Air dan asam sulfat dimasukkan ke dalam mixer agar bercampur secara homogen. Sekam padi dari gudang diangkut dengan belt conveyor menuju crusher kemudian diayak dengan screen. Kedua, tahap reaksi hidrolisa menggunakan asam sulfat 98% sebagai katalis. Reaksi pembentukan yang terjadi di dalam reaktor RATB pada suhu 70C dan tekanan 1,013 bar adalah pentosan (C5H8O4) yang ada didalam sekam padi ditambah air akan menjadi pentosa (C5H10O5) dengan katalis asam sulfat. Tahap reaksi dehidrolisa, reaksi yang terjadi didalam reaktor RAP pada suhu 230C dan tekanan 68,901 bar adalah pentosa (C5H10O5) akan terurai menjadi furfural (C5H4O2) dan air dengan katalis asam sulfat. Ketiga, tahap pemurnian hasil. Furfural yang masih bercampur dengan air dan pentosa akan ditambah dengan toluena sebagai solvent di dalam mixer dan dipisahkan di dekanter yang kemudian dimurnikan di menara distilasi untuk mendapatkan produk furfural 99,5%. Unit pendukung proses pabrik meliputi unit pengadaan, air proses 23.800 kg/jam,air pendingin sebanyak 38.800 kg/jam, unit pengadaan air konsumsi umum dan sanitasi sebanyak 10.150 kg/jam, unit pengadaan steam sebanyak 9.700 kg/jam, udara tekan sebanyak 120 m3/jam, tenaga listrik sebesar 550 kW, bahan bakar solar sebanyak 170 L/jam. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk. Perusahaan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Hasil analisis ekonomi terhadap prarancangan pabrik asam furfural diperoleh modal tetap sebesar Rp. 107.177.155.430 dan modal kerjanya sebesar Rp. 30.720.400.538. Biaya produksi total per tahun sebesar Rp. 119.090.637.327. Hasil analisis kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 27,26% dan setelah pajak 20,44%, POT sebelum pajak 2,84 tahun dan setelah pajak 3,52 tahun, BEP 54,08%, SDP 26,07% dan DCF sebesar 23,16%. Berdasar analisis ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik furfural dengan kapasitas 3.000 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
LAMPIRAN
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
r FilrD a D DErLIrrErq .^_ uI A l_I. ,rr,;Yr f r4.,fl- f !ri!r_rliL-lalllaa!
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABP.IK FURFI TRAI DARI
SEI(AM PADI DENGAIT PROST'S QUAKER OATS
KAPASITAS 3.{!OO TSN/TAHTIN
^l^L.
Siii ll'lira Ooinarialr r 1
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Furfural merupakan senyawa organik yang yang mempunyai rumus molekul
C5H4O2, dan dikenal sebagai furfuraldehid atau furfural, 2-furankarboksaldehid,
biasanya disebut furfural atau furol. Furfural merupakan senyawa yang kurang larut
dalam air namun larut dalam alkohol, eter, dan benzena. Senyawa ini berfase cair
berwarna kuning hingga kecoklatan dengan titik didih 161,7C.
Gambar 1.1 Rumus bangun furfural
Bahan utama pembuatan furfural adalah pentosan yang biasanya terdapat pada
bahan yang mengandung serat. Pentosan banyak terdapat pada limbah pertanian
seperti: tongkol jagung, sekam padi, ampas tebu, dan serbuk gergaji. Sekam padi
merupakan salah satu limbah pertanian yang mengandung pentosan. Bahan baku
sekam padi mudah diperoleh di Indonesia, mengingat Indonesia merupakan negara
agraris dengan produk pertanian yang melimpah. Industri furfural dapat
meningkatkan pendapatan petani karena memberi nilai tambah bagi hasil samping
pengolahan pertanian.
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
2
Pemerintah RI selalu berupaya untuk menciptakan kondisi yang mendukung
pertumbuhan industri, khususnya industri kimia. Pembangunan industri kimia furfural
ditekankan untuk memenuhui kebutuhan dalam negeri, pemanfaatan sumber daya
alam yang ada, menciptakan lapangan kerja, mendorong perkembangan industri lain
seperti industri cat dan plastik, serta ekspor ke negara lain.
Di dalam negeri, furfural mempunyai kegunaan yang cukup luas di beberapa
industri. Kegunaan furfural antara lain sebagai pelarut (solvent) dalam industri
minyak bumi. Senyawa turunan furfural seperti 2-metilfuran (sylvan) sebagai bahan
pembantu industri resin,cat, pernis, plastik, serat sintesis, serta Furan sebagai bahan
pembantu pada industri farmasi dan herbisida.(www.furan.com/furfural)
1.2.Kapasitas Perancangan
Penentuan kapasitas perancangan pabrik ini berdasarkan beberapa
pertimbangan yaitu kebutuhan produk, ketersediaan bahan baku, dan segi ekonomi.
Adapun pabrik-pabrik furfural yang telah berdiri:
Tabel 1.1 Kapasitas produksi industri Furfural yang telah berdiri
No. Negara Perusahaan Kapasitas
(Ton/tahun)
1. Argentina Indunor S.A
E.C. Welbers
3.000
1.500
2. Brazil Agroquimica Rafard SA 4.000-6.000
3. Dominican Central Romana Co. 3.500
4. Republic-Mexico Furfuraly Derivados 1.800
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
3
5. USA Great Lakes Chem-Co 4.500
6. Austria Lenzig Aktiengesellse
haft
10.000
7. Spain Furfural Espanol SA 4.500
8. Hungary Pet Nitrogen Work 2.000
9. Poland Polimex Cekop 5.000
10. Slovenia State owned complex 1.500
11. Kenya Kenya furfural Ltd. 5.000
12. South - Africa Smithchem Ltd. 17.000
13. China - 50.000
www.chem-is-try.org
Berdasarkan data dari Biro Statistik harga furfural di pasar internasional pada
tahun 2006 adalah US $ 610.655/kg. Pada tahun 2007 harga meningkat menjadi US
$ 744.734/kg dan pada tahun 2008 meningkat menjadi US $ 1.291.973/kg. Pada
tahun 2009 mengalami penurunan sebesar 25% menjadi US $ 968.292/kg. Lalu pada
tahun 2010 mengalami peningkatan sebesar 28,6% menjadi US $ 1.356.633/kg.
Dari data di atas dapat kita lihat bahwa harga furfural cenderung bertambah.
Karena berdirinya industri baru yang menggunakan furfural sebagai bahan utama.
Bahan baku sekam padi dipilih adalah karena memiliki harga ekonomis dan untuk
memanfaatkan limbah sekam yang dihasilkan setiap musim panen. Umumnya sekam
belum dimanfaatkan secara optimal, dan masih banyak sisa sekam yang menumpuk
di penggilingan padi dan tidak digunakan. Biasanya hanya sekam dijadikan bahan
campuran makanan ternak, arang dan genteng.
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
4
Berdasarkan data dari Biro Statistik permintaan furfural di pasar internasional
pada tahun 2006-2010 yang dibuat dalam bentuk grafik permintaan
Gambar 1.2 Grafik Impor Furfural di Indonesia
Dari grafik tersebut didapatkan persamaan linier y = 55203x-1E+08 dengan x
adalah tahun dan y adalah jumlah produksi furfural (kg). Jika pabrik direncanakan
akan berdiri pada tahun 2017, maka kapasitas pabrik direncanakan untuk memenuhi
kebutuhan di dalam negeri sebesar 11.344.451 kg. Dilihat ketersediaan bahan baku
yang ada maka pabrik dirancang dengan kapasitas 3.000.000 kg/thn atau 3.000
ton/thn.
1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik
Dengan mempertimbangkan beberapa faktor di bawah ini, lokasi indusrti kimia
furfural dipilih di daerah Cilacap, Jawa Tengah dengan alasan sebagai berikut:
y = 55203x - 1E+08
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
5
1. Penyediaan Bahan Baku
Lokasi pabrik dipilih dekat sumber bahan baku sekam padi untuk
mengurangi biaya transportasi dan kehilangan bahan baku dalam transportasi.
Pemilihan lokasi di Kabupaten Cilacap dipilih karena memiliki luas sawah
63.094 hektare yang ditanami padi. Dari data Dinas Pertanian dan Peternakan
Cilacap, Jawa Tengah, didapatkan data produksi padi sebesar 784.000 ton
GKG pada akhir tahun 2010.
Dari sawah seluas 1 Ha dapat menghasilkan 4 ton gabah kering panen
berarti sekam yang dihasilkan sekitar 8 kwintal. Dari 100 kg gabah kering
akan dihasilkan kira-kira 20 kg sekam dan setiap 10 kg sekam menghasilkan 1
kg furfural. Untuk membuat 3.000 ton furfural membutuhkan 30.000 ton
sekam padi. Maka dari jumlah bahan baku sekam dapat memenuhi kapasitas
3.000 ton furfural tersebut. Bahan baku sekam padi diperoleh sekitar 4.000
kg/jam dari hasil pertanian para petani di daerah Cilacap.
(www.jumena.wordpress.com)
2. Penyediaan listrik dan bahan bakar
Kebutuhan listrik pabrik ini sebagian dipenuhi dari jaringan PLN,
sedangkan untuk menjamin kelancaran penyediaan tenaga listrik bagi
kelangsungan produksi, pabrik harus memiliki generator pembangkit tenaga
listrik sendiri. Kebutuhan bahan bakar yaitu solar yang dipakai untuk
menjalankan generator diperoleh dari Pertamina Cilacap.
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
6
3. Penyediaan air
Kebutuhan air pada pabrik diperoleh dari sumber air sungai.
4. Transportasi
Transportasi darat maupun laut memadai sehingga mempermudah
pengangkutan bahan baku maupun produk.
5. Tenaga Kerja
Tenaga kerja banyak tersedia di daerah Jawa sehinga dengan
didirikannya pabrik furfural akan menyerap tenaga kerja dan menunjang
program pemerintah untuk mengurangi penganguran.
Gambar 1.3 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik Furfural
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
7
1.4. Tinjauan Pustaka
1.4.1. Macam-macam Proses
Pada dasarnya furfural dibuat dengan cara mendehidrasikan pentosa yang
merupakan hasil dari pentosan yang terdapat dalam sekam padi. Ada beberapa proses
pembuatan furfural secara komersial yang dikemukan oleh Mc. Ketta (1983), yaitu:
A. Quaker Oats Process
Pada pembuatan furfural dengan cara Quaker Oats mengunakan asam sulfat
sebagai katalis. Larutan asam diserap ke dalam sekam padi, bagasse, tongkol
jagung atau bahan baku lainnya. Dalam hal ini digunakan spherical digester
dengan putaran horizontal dan high pressure steam dengan suhu 153 oC dan 4,1
bar. Sesudah suhu dan tekanan digeser tercapai, valve uap dibuka kemudian
didestilasi. Uap dilewatkan boiler sedang cairan yang mengandung furfural masuk
pada stripping columm, kemudian dikondensasi dan dipisahkan menjadi dua
lapisan. Proses Queker Oats membutuhkan waktu 6-8 jam penguapan, 100 kg
bahan, 28 liter air, 2 kg asam sulfat dan steam 260 kg untuk menghasilkan 10 kg
furfural.
B. Rosenlew Process
Bahan baku diserap dari kolom distilasi furfural pada suhu 80oC diumpankan
ke reaktor. Pada reaktor, furfural dipertahankan pada tekanan 11-12 kg/cm2 (10,8
11,8 bar) steam dilewatkan reaktor melalui dasar reaktor melalui dasar reaktor
sebesar 4,9 bar. Dalam kondisi normal waktu tinggal bahan baku dalam reaktor 1-
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
8
2 jam. Kondensat yang berisi furfural kemudian didestilasi, didekantasi, dan
dihidrolisasi.
C. Petrole Chimie Process
Proses ini didasarkan pada Agrifurance proses. Bahan baku diumpankan ke
dalam reaktor bersama-sama dengan air dan juga asam fospat sebagai katalis
kemudian ditambahkan steam. Pada keadaan normal, perbandingan padat cair
adalah 1:6. Steam yang digunakan bertekanan sebesar 9,8 bar. Reaksi padat cair
terjadi pada tekanan 6,37 bar dan temperature 170C. Seperti steam yang lain,
furfural didistilasi membentuk azeotrop kemudian didekantasi agar lapisan
menjadi dua lapisan. Lapisan bawah yang kaya akan furfural dinetralisasi dan
didehidrasi menjadi furfural teknik.
D. Escher Wyss Process
Dalam hal ini bahan baku dari storage ditrasfer ke belt conveyor menuju
bucket elevator untuk diumpankan menuju reaktor. Pada waktu masuk reaktor,
bahan baku diaerasi dengan cara dikontakkan steam pada suhu 145 0C, tekanan 3 -
4 kg/cm2 (2,94 3,92 bar) dan dicampur asam asetat sebagai katalis. Produk yang
berisi furfural dan asam asetat meninggalkan seksi atas reaktor sebagai uap
bersama kelebihan steam dan melewati kondensor. Uap dikondensasi, kondensat
didinginkan dengan dilewatkan sistem. Kondensat diaerasi, disaring dan
dikumpulkan dalam intermediate storage tank.
Secara garis besar dapat ditabelkan sebagai berikut :
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
9
Tabel 1.2 Macam-macam Proses Pembuatan Furfural
No. Proses Konsumsi Steam Katalis
1 Quaker Oats Proses 22,5 ton (9,8 bar) Asam Sulfat
2 Rosenlew Proses 38 ton (14,7 bar) -
3 Petrole Chimie Proses 20 ton (9,8 bar) Asam fosfat
4 Escher Wyss Proses 30 ton (14,7 bar) Asam asetat
(Mc Ketta, 1983)
Dari tabel di atas, dipilih proses Queker Oats karena proses ini mempunyai
tingkat konsumsi steam dan tekanan yang kecil dibandingkan peoses lain dan katalis
yang murah.
1.4.2. Kegunaan Produk
Manfaat furfural sangat penting dalam industri kimia, antara lain:
1. Sebagai pelarut selektif untuk memisahkan senyawa jenuh dan tidak jenuh dalam
minyak, solvent untuk resin dan wax. Furfural digunakan pada Furfural Extraction
Unit berfungsi untuk memperbaiki viskositas indeks dengan mengambil
komponen aromatis yang mempunyai viskositas indeks rendah. Unit ini juga
berfungsi mengekstraksi aromatis dan memperbaiki warna dan stabilitas bahan
bakar.
2. Sebagai bahan pembuatan senyawa furan yang lain seperti furfural alkohol,
tetrahidro furfural alkohol, 2-metilfuran (sylvan), Maleic anhydride yang
digunakan sebagai:
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
10
- Zat penghilang warna pada wood resin.
- Bahan pembentuk resin.
- Produksi plastik.
- Herbisida, aromatizing, agen untuk brandy dan industri parfum.
1.4.3. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku Dan Produk :
1. Sekam padi
Fase : Padat
Warna : Kuning kecoklatan
Komposisi : Karbohidrat kasar : 33,38% berat
Pentosa : 18,00% berat
Protein kasar : 3,03% berat
Kadar air : 6,00% berat
Lemak : 1,18% berat
Serat kasar : 20,07% berat
Kadar Abu : 17,71% berat
(Suharno, 1970)
2. Asam sulfat (SNI 06-0030-1996)
Sifat fisis
Rumus molekul : H2SO4
Fase : Cair
Warna : tidak berwarna
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
11
Berat molekul : 98,079 kg/kmol
Kadar minimal : 98%
Impuritas :Chlorida (Cl) maksimal 10 ppm, Nitrate (NO3)
maksimal 5 ppm, Besi (Fe) maksimal 50 ppm, Timbal
(Pb) maksimal 50 ppm
Kelarutan dalam air : larut sempurna dalam air
Sifat kimia : a. larut dalam air, alkohol, dan etil eter
b. merupakan asam kuat bersifat hidroskopis
(Petrokimia Gresik)
3. Air
Sifat fisis
Rumus molekul : H2O
Fase : Cair
Warna : tidak berwarna
Berat molekul : 18,015 kg/kmol
Titik didih : 100C
Titik beku : 0C
(Perry,1997)
Sifat kimia
Sebagai pelarut yang baik karena air merupakan senyawa polar
sehingga mudah melarutkan banyak senyawa.
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
12
Bersifat netral, dapat menguraikan garam menjadi asam dan basa, serta
dapat bereaksi dengan beraneka ragam zat.
(Pudjaatmaka, 1993)
4. Toluena
Sifat fisis
Berat molekul : 92,14 kg/kmol
Fase : Cair
Titik leleh : -95 oC
Titik didih : 110,6 oC
Densitas : 862,3 kg/m3
(www.chemicalland21.com)
Sifat kimia
Hidrogenasi termal dari toluene akan menghasilkan benzene, methane
dan diphenyl.
(toluene) (benzene) (methane)
(diphenyl)
Dengan oksigen (oksidasi) dalam fase cair dan katalis Br-Co-Mn
menghasilkan asam benzoat.
+ CH3 CH3 H2 + CH4
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
13
(toluene) (asam benzoat)
(Kirk and Othmer, 1991)
5. Furfural
Sifat fisis
Rumus molekul : C5H4O2
Fase : Cair
Warna : kuning
Berat molekul : 96,086 kg/kmol
Kelarutan dalam air : 8,3 bagian per 100 bagian air
Titik didih : 161,7C
Titik beku : -36,5C
(Mc.Ketta,1983)
Sifat Kimia
Sifat-sifat kimia furfural hampir sama dengan senyawa aromatik aldehid,
tetapi mempunyai karakteristik tersendiri. Furfural adalah senyawa yang stabil
secara thermal tanpa ada O2. Pada temperatur 230C, selama beberapa jam akan
mengubah sifat-sifat fisik yaitu perubahan warna.
1. Furfural dapat dioksidasi dengan permanganat atau bikromat menghasilkan
asam furoat (furic acid).
CH3 O2,Br,Co,Mn
50 oC COO
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
14
Reaksi : C5H4O2 + O2 C5H4OCOOH
Furfural asam furoat
2. Furfural mengalami reaksi oksidasi bila bertemu dengan basa seperti NaOH
dan menghasilkan Furfuril alkohol dan natrium furoat.
Reaksi : 2C5H4O2 + NaOH C4H2O2CH2OH + C4H4COONa
Furfural Furfural Alkohol Na-furoat
(Dunlop,A.P,1982)
1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum
Pada pembuatan furfural dengan cara Quaker Oats mengunakan asam sulfat
98% sebagai katalis dan sekam padi sebagai bahan baku. Proses yang terjadi pada
pembuatan furfural adalah proses hidrolisis dan dehidrolisis. Dengan perbandingan
bahan baku dan air sebesar 1:6. Proses hidrolisa pentosan menjadi pentosa dilakukan
pada suhu 70C. Berikut ini adalah reaksi hidrolisa furfural:
(C5H8O4)100(s) + 100 H2O(l) H2SO4 (l) 100 C5H10O5(l) .(1-1)
Pentosan Pentosa
Lalu dilanjutkan proses dehidrasi pentosa menjadi furfural dengan suhu 230C.
C5H10O5 (l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3H2O(l) ... (1-2)
Pentosa Furfural
Lalu ditambahkan toluena sebagai solvent untuk memisahkan furfural dengan
zat pengotor lainnya. Selanjutnya menuju menara distilasi untuk proses pemurnian
furfural.
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
15
BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan dan Produk
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku
Sekam Padi
Fase : Padat
Warna : Kuning kecoklatan
Komposisi : Karbohidrat kasar : 33,38% berat
Pentosan : 18,00% berat
Protein kasar : 3,03% berat
Kadar air : 6,00% berat
Lemak : 1,18% berat
Serat kasar : 20,70% berat
Kadar Abu : 17,71% berat
(Suharno, 1970)
2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu
Asam Sulfat (SNI 06-0030-1996)
Rumus Molekul : H2SO4
Fase : Cair
Warna : Tidak berwarna
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
16
Berat molekul : 98,079 kg/kmol
Titik didih : 340 C
Kadar minimal : 98%
Impuritas :Chlorida (Cl) maksimal 10 ppm, Nitrate (NO3)
maksimal 5 ppm, Besi (Fe) maksimal 50 ppm, Timbal
(Pb) maksimal 50 ppm
Kelarutan dalam air : larut sempurna dalam air
(Petrokimia Gresik)
Air
Rumus molekul : H2O
Fase : Cair
Warna : Tidak berwarna
Berat molekul : 18,015 kg/kmol
(Perry, 1997)
Toluena
Rumus molekul : C7H8
Fase : Cair
Warna : Tidak berwarna
Berat molekul : 92,14 kg/kmol
Kemurnian : 99% (minimal)
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
17
Impuritas : H2O 0,5% (maksimal)
C6H6 0,5% (maksimal)
(www.chemicalland21.com)
2.1.3 Spesifikasi Produk
Furfural
Rumus molekul : C5H4O2
Bentuk : Cair
Warna : Kuning
Berat molekul : 96,086 kg/kmol
Kemurnian : 99% (minimal)
Kandungan air : 0,3% (maksimal)
(Mc.Ketta, 1983)
2.2 Konsep Dasar
2.2.1 Dasar Reaksi
Pada proses pembuatan furfural, reaksi yang terjadi adalah reaksi
hidrolisa pentosan menjadi pentosa yang diikuti dengan reaksi dehidrolisa
pentosa menjadi produk furfural. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
(C5H8O4)100 (s) + 100 H2O(l) H2SO4(l) 100 C5H10O5(l)....(2-1)
Pentosan Pentosa
C5H10O5(l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3 H2O(l).(2-2)
Pentosa Furfural
(Mc.Ketta, 1983)
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
18
2.2.2 Pemakaian Katalis
Katalis yang dipakai adalah asam sulfat yang dapat membantu reaksi
hidrolisa dan dehidrolisa. Dengan adanya asam dalam larutan pentosan maka
ikatan antar monomer akan terpecah sehingga membentuk campuran yang
homogen kemudian terjadi reaksi hidrolisa. Asam sulfat adalah asam yang
dapat mempercepat berlangsungnya reaksi hidrolisa. (Mc. Ketta, 1983).
2.2.3 Mekanisme Reaksi
Reaksi yang terjadi pada pembuatan furfural meliputi :
1. Proses hidrolisa pentosan menjadi pentosa
(C5H8O4)100(s) + 100 H2O(l) H2SO4(l) 100 C5H10O5(l) .(2-3)
Pentosan Pentosa
Dengan adanya asam sebagai katalis larutan pentosan maka ikatan antar
monomer akan terpecah sehingga membentuk campuran yang homogen.
Dengan adanya air maka H+ dan OH- masuk dalam ikatan membentuk
pentosa.
2. Proses dehidrasi pentosa menjadi furfural
C5H10O5 (l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3H2O(l) .(2-4)
Pentosa Furfural
(Mc.Ketta, 1983)
2.2.4 Fase Reaksi
Kondisi umpan sebelum masuk reaktor pada fase padatcair. Umpan
terdiri dari sekam padi dan air. Steam dimasukkan dalam reaktor untuk
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
19
mencapai kondisi operasi pada suhu dan tekanan yang diinginkan, juga untuk
mendorong produk furfural keluar reaktor.
2.2.5 Kondisi Operasi
Proses pembuatan furfural dengan proses Quaker Oats berlangsung pada
fase padatcair, pada suhu 70C dan tekanan 1,013 bar (reaksi hidrolisis) dan
pada suhu 230C dan tekanan 68,901 bar (reaksi dehidrasi). Kondisi operasi
tersebut adalah kondisi optimal untuk mencapai konversi dan kecepatan reaksi
yang besar.
2.2.6 Tinjauan Termodinamika dan Kinetika
Tinjauan dari segi termodinamika adalah untuk mengetahui apakah reaksi
tersebut melepaskan panas (eksotermis) atau memerlukan panas (endotermis)
dan juga untuk mengetahui apakah reaksi berjalan searah (irreversible) atau
dapat balik (reversible).
Adapun reaksinya adalah :
(C5H8O4)100(s) +100 H2O(l) H2SO4 100 C5H10O5(l) (2-5)
Pentosan Pentosa
C5H10O5(l) H2SO4 C5H4O2(l)+ 3 H2O(l) (2-6)
Pentosa Furfural
Harga H298 Reaksi
Pada suhu reff 298 K (Yaws,1999) diperoleh data sebagai berikut :
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
20
Hf H2O = -68,524 kcal/mol (-286,91 kJ/mol)
Hf C5H4O2 = -47,814 kcal/mol (-200,2 kJ/mol)
Hf C5H8O4 = -157,83 kcal/mol (-660,83 kJ/mol)
Hf C5H10O5 = -210,75 kcal/mol (-882,41 kJ/mol)
HR = H1 + HR0 + H2 (2-7)
H1 = ni Cpi dT
= -115.900 kcal/mol (-485.193,648 kJ/mol)
H2 = ni Cpi dT
= 1.039.000 kcal/mol (4.351.635,140 kJ/mol)
HR0 = n. Hf C5H10O5 (n. Hf C5H8O4 + n. Hf H2O)
= ((-882,41 kJ)*3,525) - (0,0004.(-660,83) + ((-286,91)* 3,525))
= -2.098.918,940 kJ/mol ( -501.300 kcal/mol)
HR = H1 + HR0 + H2
=((-485.191,148) + 4.351.635,140 + (-2.098.918,940)) kJ/mol
= 1.767.522,552 kJ/mol ( 422.100 kcal/mol)
Harga Hr menunjukkan positif, maka reaksi ini merupakan reaksi
endotermis atau memerlukan panas.
Harga G Reaksi(Yaws, 1999 )
G H2O = - 228,6 kJ/mol (-54,598 kcal/mol)
G C5H4O2 = - 102,87 kJ/mol (-24,57 kcal/mol)
G C5H8O4 = - 690 kJ/mol (-164,8 kcal/mol)
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
21
G C5H10O5 = - 1.187,2 kJ/mol (-283,54 kcal/mol)
G produk = (G C5H10O5) (G C5H8O4 + G H2O)
= (- 1.187,2) - (-690 + (- 228,6)) kJ/mol
= -268,6 kJ/mol (-64,15 kcal/mol)
G reaktan = (Hf C5H4O2 + (3 G H2O)) (G C5H10O5)
= (-102,87 + (3 x (-228,6)) (- 1.187,2) kJ/mol
= -138,67 kJ/mol (-33,12 kcal/mol)
G = Hr produk + Hr reaktan
= ( -268,6 kJ/mol + (-138,67 KJ/mol)
= - 407,27 kJ/mol (-97,27 kcal/mol)
Perhitungan harga tetapan kesetimbangan (K) dapat ditinjau dari rumus
berikut : G = -RT lnK (2-8)
Keterangan :
G = Energi Gibbs standart , kj/mol
R = Tetapan gas ideal ( 8,314 j/mol 0K )
T = Temperatur, K
K = Konstanta kesetimbangan
(Smith and Van Ness, 2001)
Dari persamaan dapat dicari konstanta kesetimbangan Treff = 298K
-RTlnK = G
G o298 : -RT ln K
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
22
ln K298 : TRG.
ln K298 : KmolKjmolJ
298*/314,8
/310*27,407
K298 : 2,457 x 1071
298ln
KKToprasi =
298
298 11TTR
H
operasi
K
71426
2,457x10ln K =
2981
4261
314,8)209666(
K1 T operasi = 2,225 x1060
Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa reaksi yang terjadi adalah reaksi
searah (irreversible).
(Smith Vannes, 1984)
Tinjauan Kinetika
Reaksi pembuatan furfural merupakan reaksi orde satu
(C5H8O4)100(s) + 100 H2O(l) k1 100 C5H10O5(l) .....(2-9)
Pentosan Pentosa
C5H10O5(l) k2 C5H4O2(l) + 3 H2O(l) ...(2-10)
Pentosa Furfural
Persamaan kinetika reaksi untuk orde satu:
t = 1 jam , XA = 90%
k = XA .......................................................................(2-11) t(1- XA)
dimana: t : waktu reaksi, jam
k : konstanta kecepatan reaksi, /jam
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
23
XA : konversi pentosan
k = 0,9
1(1- 0,9)
k = 9 /jam
2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses
2.3.1 Diagram Alir Proses
Diagram alir Prarancangan pabrik furfural dari sekam padi dapat ditunjukkan
dalam tiga macam, yaitu:
a. Diagram Alir Kualitatif (Gambar II.1)
b. Diagram Alir Kuantitatif (Gambar II.2)
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
24
Gam
bar
2.1
Dia
gram
Alir
Kua
litat
if
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
25
Gam
bar
2.2
Dia
gram
Alir
Kua
ntita
tif
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
26
2.3.2 Langkah-langkah Proses
Proses pembuatan furfural dengan bahan baku sekam padi secara garis besar
dapat dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu:
Tahap penyiapan bahan baku
Tahap reaksi
- Reaksi hidrolisa
- Reaksi dehidrolisa
Tahap pemurnian hasil
1. Tahap penyiapan bahan baku
Air yang berasal dari tangki penyimpanan utilitas (TU-06) (suhu 30C dan
tekanan 1,013 bar) dan asam sulfat dengan kemurnian 98% yang disimpan pada suhu
30C dan tekanan 1,013 bar dimasukkan ke dalam mixer (M-01) agar bercampur
secara homogen. Selanjutnya cairan diumpankan ke dalam reaktor (R-01)
Bahan baku sekam padi yang disimpan di dalam gudang (G-01) pada suhu
30C dan tekanan 1,013 bar diangkut menggunakan belt conveyor (Bc-01) menuju
crusher (Cr-01) untuk menghancurkan sekam padi. Sekam padi diangkut
menggunakan belt conveyor kemudian diayak dengan menggunakan vibrating screen
(Sc-01) untuk menyeragamkan ukuran 8-10 mesh. Serbuk yang telah halus menuju
hopper (H-01) yang kemudian dilewatkan weight feeder (WF-01), selanjutnya
diumpankan ke reaktor (R-01).
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
27
2. Tahap reaksi
2.1 Reaksi hidrolisa
Pada tahap reaksi hidrolisa air dari bagian utilitas dan sekam yang telah
dihaluskan dengan perbandingan 6:1. Katalis asam sulfat sebanyak 1%(w/w) dari
jumlah berat total air dimasukkan ke dalam reaktor. Reaksi hidrolisa menggunakan
reaktor alir tangki berpengaduk (R-01) dengan sifat reaksi endotermis. Reaktor (R-
01) beroperasi secara isothermal pada suhu 70C dan tekanan 1,013 bar. Untuk
mempertahankan suhu reaktor pada suhu 70C maka reaktor dilengkapi dengan
jaket pemanas. Reaksi yang terjadi adalah:
(C5H8O4)100(s) +100 H2O(l) H2SO4(l) 100 C5H10O5(l)(2-12)
Hasil dari reaksi hidrolisa adalah pentosa (C5H10O5) yang selanjutnya akan
diubah menjadi furfural. Pentosa selanjutnya dialirkan menuju rotary drum
vacuum filter (F-01).
Produk keluar dari reaktor (R-01) dialirkan ke filter (F-01) menggunakan
pompa (P-05). Keluaran reaktor selanjutnya akan dipisahkan antara cake dengan
filtratnya. Cake akan dibuang ke unit pengolahan limbah. Sedangkan filtrat
(pentose, air, dan asam sulfat) akan diumpankan ke reaktor (R-02) untuk
didehidrolisa.
2.2 Reaksi dehidrolisa
Reaksi dehidrolisa dilakukan untuk menguraikan pentosa menjadi furfural
dan air menggunakan katalis asam sulfat. Reaktor yang digunakan adalah reaktor
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
28
alir pipa (R-02) dengan sifat reaksi endotermis. Reaksi beroperasi secara
isothermal, non-adiabatic dengan kondisi operasi pada suhu 230C dan tekanan
68,901 bar. Reaksi yang terjadi pada adalah:
C5H10O5(l) H2SO4(l) C5H4O2(l) + 3 H2O(l)(2-13)
Selanjutnya produk akan diturunkan tekanan dan suhunya menjadi 1,013
bar dan 100,31C dengan menggunakan ekspander yang kemudian dialirkan
menuju decanter (Dc-01).
3 Tahap pemurnian hasil
Produk keluar dari R-02 menuju decanter (Dc-01) untuk memisahkan asam
sulfat dan air sebagai hasil bawah dengan produk furfural dan pentosa sebagai hasil
atas pada suhu 100,31C dan tekanan 1,013 bar. Hasil bawah akan di-recycle kembali
menuju mixer (M-01), sedangkan furfural dan pentosa dipompa menggunakan pompa
(P-08) menuju mixer (M-02) kemudian ditambahkan toluena sebagai solvent.
Toluena hasil atas dari menara distilasi (MD-01) dicampur dengan make up
toluene yang berasal dari tangki penyimpanan (T-03) pada suhu 30C dan tekanan
1,013 bar untuk dijadikan solvent yang masuk ke dalam mixer (M-02) dengan suhu
103,2C yang kemudian dialirkan menuju decanter (Dc-02).
Produk keluar dari mixer (M-02) menuju decanter (Dc-02) untuk memisahkan
air dan pentosa sebagai hasil bawah dengan produk furfural,toluene, dan benzena
sebagai hasil atas. Hasil bawah akan diumpankan ke dalam MD-01 untuk
memisahkan furfural ddengan impuritas. Produk bawah kolom berupa furfural
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
29
dengan kemurnian 99,5% yang kemudian disimpan dalam tangki penyimpanan (T-
03) pada suhu 40C dan tekanan 1,013 bar. Sedangkan produk atas berupa toluena
99,5% akan di recycle kembali menuju M-02.
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas
Produk : Furfural 99,5% berat
Kapasitas : 3.000 ton/tahun
Satu tahun produksi : 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam
2.4.1. Neraca Massa
Basis Perhitungan : 1 jam operasi
Satuan : kg/jam
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
30
Tabel 2.1 Neraca Massa Mixer (M-01)
No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 1 Arus 2 Arus 3 1 Air (H2O) 22.799,3487 5,3198 22.804,6685 2 Asam sulfat (H2SO4) - 260,6726 260,6726
Jumlah 22.799,3487 265,9924
23.065,3411 23.065,3411
Tabel 2.2 Neraca Massa Reaktor (R-01)
No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 3 Arus 4 Arus 6 1. Air (H2O) 22.804,6685 227,9935 22.948,7189 2. Pentosa (C5H10O5) - - 699,5255 3. Pentosan (C5H8O4) - 683,9805 68,3980 4. Protein kasar - 115,1367 115,1367 5. Serat kasar - 786,5775 786,5775 6. Karbohidrat kasar - 1268,4038 1268,4038 7. Lemak - 44,8387 44,8387 8. Abu - 672,9608 672,9608 9. Asam sulfat (H2SO4) 260,6726 - 260,6726
Jumlah 23.065,3411 3.799,8914
26.865,2325 26.865,2325
Tabel 2.3 Neraca Massa Filter (F-01)
No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9
1. Air (H2O) 22.948,7189 295,6315 85,1711 23.159,1794
2. Pentosa (C5H10O5) 699,5255 - 2,5632 696,9623 3.
Pentosan (C5H8O4) 68,3980 - 68,3980 -
4. Protein kasar 115,1367 - 115,1367 - 5. Serat kasar 786,5775 - 786,5775 - 6. Karbohidrat kasar 1.268,4038 - 1.268,4038 - 7. Lemak 44,8387 - 44,8387 - 8.
Abu 672,9608 - 672,9608 -
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
31
No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9
9. Asam sulfat (H2SO4) 260,6726 - 0,9551 259,7174
Jumlah 26.865,2325 295,6315 3.045,0050 24.115,8591
27.160,8641 27.160,8641
Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor (R-02)
No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 9 Arus 10 1. Air (H2O) 23.159,1794 23.372,4498 2. Furfural (C5H4O2) - 379,1475 3. Pentosa (C5H10O5) 696,9623 104,5443 4. Asam sulfat (H2SO4) 259,7174 259,7174
Jumlah 24.115,8591 24.115,8591
Tabel 2.5 Neraca Massa Dekanter (Dc-01)
No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 10 Arus 11 Arus 12 1. Air (H2O) 23.372,4498 18.804,4078 4.568,0420 2. Furfural (C5H4O2) 379,1475 - 379,1475 3. Pentosa (C5H10O5) 104,5443 - 104,5443 4. Asam sulfat (H2SO4) 259,7174 259,7174 -
Jumlah 24.115,8591 19.064,1252 5.051,7339
24.115,8591
Tabel 2.6 Neraca Massa Mixer (M-02)
No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 12 Arus 13 Arus 17 Arus 14 1. Benzena (C6H6) - 0,8232 44,6424 45,4656 2. Air (H2O) 4.568,0420 5,0517 - 4.573,0938 3. Toluena (C7H8) - 4,0433 10.048,9071 10.052,0938 4. Furfural (C5H4O2) 379,1475 - 1,8939 381,0414 5. Pentosa (C5H10O5) 104,5443 - - 104,5443
Jumlah 5.051,7339 9,9182 10.095,4435
15.157,0955 15.157,0955
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
32
Tabel 2.7 Neraca Massa Dekanter (Dc-02)
Tabel 2.8 Neraca Massa Menara Distilasi (MD-01)
No.
komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 16 Arus 17 Arus 18 1. Benzena (C6H6) 44,6424 44,6424 - 2. Toluena (C7H8) 10.050,8010 10.048,9071 1,8939 3. Furfural (C5H4O2) 378,7879 1,8939 376,8939
Jumlah 10.474,2313 10.095,4435 378,7879
10.474,2313
Tabel 2.9 Neraca Massa Recycle
No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 1 Arus 2 Arus 11 Arus 3 1 Air (H2O) 4.000,2607 0,0191 18.804,4078 22.804,6685 2 Asam Sulfat (H2SO4) - 0,9360 259,7174 260,6726
Jumlah 4.000,2607 0,9551 19.064,1252
23.065,3411 23.065,3411
No. Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 14 Arus 15 Arus 16 1. Benzena (C6H6) 45,4656 0,8232 44,6424 2. Air (H2O) 4.573,0938 4.573,0938 - 3. Toluena (C7H8) 10.052,9504 2,1494 10,050,8010 4. Furfural (C5H4O2) 381,0414 2,2536 378,7879 5. Pentosa (C5H10O5) 104,5443 104,5443 -
Jumlah 15.157,0955 4682,8642 10.474,2313
15.157,0955
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
40 Bab II Deskripsi Proses
Tabel 2.10 Neraca Massa Total
No. Komponen
Masuk (Kg/Jam) Keluar (Kg/Jam)
Arus 1 Arus2 Arus 4 Arus 7 Arus 13 Arus 8 Arus 15 Arus 18
1. Benzena (C6H6) 0,8232 0,8232
2. Air (H2O) 4.000,2607 0,0191 227,9935 295,6316 5,0517 85,1711 4.573,0938
3. Toluena (C7H8) 4,0433 2,1494 1,8939
4. Furfural (C5H4O2) 2,2536 376,8939
5. Pentosa (C5H10O5) 2,5632 104,5443
6. Pentosan (C5H8O4) 683,9805 68,3980
7. Protein 115,1367 115,1367
8. Serat Kasar 786,5775 786,5775
9. Karbohidrat 1.268,4038 1.268,4038
10. Lemak 44,8387 44,8387
11. Abu 672,9608 672,9608
12. Asam Sulfat (H2SO4) 0,9360 0,9551
Jumlah
4.000,2607 0,9551 3.799,8914 295,6316 9,9182 3.045,0050 4.682,8642 378,7879
8.106,6570 8.106,6570
32 33
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
34
2.4.2. Neraca Panas
Basis Perhitungan : 1 jam operasi
Satuan : kJ/jam
Tabel 2.11 Neraca Panas pada Mixer (M-01)
Komponen Arus Masuk Arus Keluar Arus 1 Arus 2 Arus 11 Arus 3
Q umpan 85.330,1956 7,1040 3.628.256,9275 - Q pelarutan 12.142,8589 - Q pemanas 670.793,8086 - Q produk - 4.396.530,8945
Total 4.396.530,8945 4.396.530,8945
Tabel 2.12 Neraca Panas pada Reaktor (R-01A)
Komponen Arus Masuk Arus Keluar Q umpan 484.562,9457 - Q reaksi - -2.119.310,3072 Q pemanas 1.742.108,7139 - Q produk - 4.345.981,9669
Total 2.226.671,6596 2.226.671,6596
Tabel 2.13 Neraca Panas pada Reaktor (R-01B) Komponen Arus Masuk Arus Keluar
Q umpan 500.822,0578 - Q reaksi - -2.722.865,9224 Q pemanas 1.170.534,2646 - Q produk - 4.394.222,2448
Total 1.671.356,3223 1.671.356,3223
Tabel 2.14 Neraca Panas pada Rotary drum vacuum filter (F-01) Komponen Arus Masuk Arus Keluar
Q arus 6 4.394.150,3633 - Q arus 7 6.194,6648 - Q arus 8 - 9.266,8849 Q arus 9 - 3.512.248,0704
Panas yang hilang 878.830,0727 - Total 4.400.345,0280 4.400.345,0280
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
35
Tabel 2.15 Neraca Panas pada Reaktor (R-02) Komponen Arus Masuk Arus Keluar
Q umpan 20.935.358,532
Q reaksi
550.101,565 Q pemanas 572.343,179
Q produk
20.957.600,146
Total 21.507.701,711 21.507.701,711
Tabel 2.16 Neraca Panas pada Dekanter (Dc-01) Komponen Arus Masuk Arus Keluar
Q arus 10 7.634.688,7716 - Q arus 11 - 6.094.395,8743 Q arus 12 - 1.540.292,8973
Total 7.634.688,7716 7.634.688,7716
Tabel 2.17 Neraca Panas pada Mixer (M-02)
Komponen Arus Masuk Arus Keluar Q arus 12 1.540.292,8973 - Q arus 13A 1.470.363,4200 - Q arus 14 - 3.010.656,3173
Total 3.010.656,3173 3.010.656,3173
Tabel 2.18 Neraca Panas pada Dekanter (Dc-02)
Komponen Arus Masuk Arus Keluar Q arus 14 3.010.656,3173 - Q arus 15 - 1.548.751,1726 Q arus 16 - 1.461.905,1447
Total 3.010.656,3173 3.010.656,3173
Tabel 2.19 Neraca Panas pada Menara Disitilasi (MD-01) Komponen Arus Masuk Arus Keluar Q umpan 389.938,554 -
Q kondenser - 1.921.366,269 Q pemanas 1.674.927,983 - Q produk - 143.500,269
Total 2.064.866,538 2.064.866,538
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
36
2. 5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses
2.5.1 Lay Out Pabrik
Lay Out pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat
fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk
mendapatkan efisiensi, keselamatan dan kelancaran kerja para pekerja serta
keselamatan proses.
Menurut Vilbrant, 1959 untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal
yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah:
1. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa
depan.
2. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan,
maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan
panas dan dari bahan yang mudah meledak, juga jauh dari asap atau gas
beracun.
3. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah outdoor untuk menekan biaya
bangunan dan gedung, juga karena iklim Indonesia memungkinkan
konstruksi secara outdoor.
4. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian dan
pengaturan ruangan/lahan.
Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu:
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
37
a. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol
Daerah administrasi berfungsi sebagai pusat kegiatan administrasi pabrik dan
mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat
pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta
produk yang dijual.
b. Daerah proses
Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.
c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk
Merupakan daerah untuk tempat bahan baku dan produk.
d. Daerah gudang, bengkel dan garasi
Merupakan daerah yang digunakan untuk menampung bahan-bahan yang
diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.
e. Daerah utilitas
Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses
berlangsung dipusatkan.
Tata letak pabrik disajikan pada gambar 2.3
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
38
Gambar 2.3 Lay Out Pabrik
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
39
2.5.2 Lay Out Peralatan Proses
Lay out peralatan proses adalah tempat dimana alat - alat yang digunakan
dalam proses produksi. Tata letak peralatan proses pada prarancangan pabrik ini
dapat dilihat pada gambar II.4. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam
menentukan lay out peralatan proses pada pabrik furfural menurut Vilbrant, 1959,
antara lain:
1. Aliran bahan baku dan produk
Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan
ekonomi yang besar serta menunjang kelancaran dan keamanan produksi.
2. Aliran udara
Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses perlu diperhatikan
kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara
pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang
dapat mengancam keselamatan pekerja.
3. Cahaya
Penerangan seluruh pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses
yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan.
4. Lalu lintas manusia
Dalam perancangan lay out pabrik perlu diperhatikan agar pekerja dapat
mencapai seluruh alat proses dangan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
40
apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan
pekerja selama menjalani tugasnya juga diprioritaskan.
5. Pertimbangan ekonomi
Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi
dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik.
6. Jarak antar alat proses
Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya
dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau
kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan.
Tata letak alat - alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga:
- Kelancaran proses produksi dapat terjamin dan Dapat mengefektifkan
luas lahan yang tersedia.
- Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan
produktifitas kerja disamping keamanan yang terjadi.
Tata letak peralatan proses disajikan pada gambar 2.4.
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
41
Bc-01:Belt conveyor 01/02 M-01/02 : Mixer 01/02 T-02 : Tangki C7H8
CD-01 : Condenser 01 MD-01: Menara Distilasi 01 T-03 : Tangki C5H4O2
Dc-01/02 : Decanter 01/02 R-01A/B : Reaktor 01A/B
F-01 : Filter 01 R-02 : Reaktor 02
G-01 : Gudang 01 RB-01 : Reboiler 01
H-01 : Hopper 01 T-01 : Tangki H2SO4
HE-01/02/03/04 : Heat Exchanger 01/02/03/04
Gambar 2.4 Lay Out Peralatan Proses
Keterangan gambar:
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
42
BAB III
SPESIFIKASI ALAT PROSES
Spesifikasi alat proses terdiri dari mixer, reaktor RATB, reaktor RAP,
dekanter, tangki, dan menara distilasi. Alatalat tersebut merupakan peralatan proses
dengan tugas masing-masing. Mixer (M-01) bertugas mencampurkan katalis asam
sulfat dengan air serta hasil recycle dari dekanter (Dc-01). Dekanter (Dc-01) bertugas
memisahkan asam sulfat dengan furfural. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB)
mempunyai tugas mereaksikan pentosan (C5H8O4) dan air dengan katalis asam sulfat
menjadi pentosa (C5H10O5). Reaktor alir pipa (RAP) bertugas mereaksikan pentosa
(C5H10O5) dengan katalis asam sulfat menjadi furfural (C5H4O2). Mixer (M-02)
bertugas mencampurkan produk furfural dengan toluena sebagai solvent. Dekanter
(Dc-02) bertugas memisahkan furfural dengan pengotornya (pentosa dan air). Menara
distilasi (MD-01) bertugas memurnikan produk furfural (C5H4O2) 99,5% sebagai
hasil bawah dengan toluena sebagai hasil atas yang kemudian akan digunakan
kembali sebagai solvent pada mixer (M-02). Selain fungsi masing-masing alat
tersebut akan disebutkan spesifikasi lain seperti jumlah, volume, kondisi operasi, dan
dimensi alat. Hal tersebut tercantum pada Tabel 3.1, Tabel 3.2, Tabel 3.4, selain dari
alat proses pada bab ini dapat pula dilihat spesifikasi alat penukar panas (heat
exchanger) tercantum pada Tabel 3.5 dan Tabel 3.6.Spesifikasi tangki penyimpanan
bahan baku dan tangki penyimpanan produk pada Tabel 3.3 dan spesifikasi pompa
pada Tabel 3.7.
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
43
3.1 Reaktor 01
Kode : R-01 A/B
Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan pentosa
Tipe : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)
Kondisi operasi
- Tekanan : 1,013 bar
- Suhu : 70C
Spesifikasi shell
- Diameter : 1,98 m
- Tinggi : 1,98 m
- Material : Stainless steel SA-167
Bentuk head : Torisperichal dished head
Tebal head : 0,01 m ( in)
Tinggi head : 0,38 m
Jumlah reaktor : 2 buah
Spesifikasi pengaduk dan pemanas
Tabel 3.1. Spesifikasi Pengaduk dan Pemanas pada Reaktor (R-01A/B)
Nama Alat Reaktor
Kode R-01A R-01B
a. Pengaduk
- Jenis Turbin 6 blade dengan
4 baffle
Turbin 6 blade
dengan 4 baffle
- Diameter, m 0,66 0,66
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
44
Nama Alat Reaktor
Kode R-01A R-01B
- Kecepatan, rpm 160,97 105,96
- Daya, Hp 48 6
b. Pemanas
- Media Steam Steam
- Jenis Jaket Jaket
- Tinggi , m 1,80 1,80
- Tebal , m 0,01 ( in) 0,01 ( in)
- Material Stainless Steel SA-167 Stainless Steel SA-167
3.2 Reaktor 02 Kode : R-02
Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan furfural
Tipe : Reaktor Alir Pipa (RAP) Multitube horizontal
Kondisi operasi
- Tekanan : 68,901 bar
- Suhu : 230C
Spesifikasi shell
- Diameter : 0,84 m
- Tebal : 0,04 m (1 in)
- Material : Stainless steel SA-167
Spesifikasi tube
- Diameter : 0,04 m
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
45
- Tebal : 0,01 m (1/4 in)
- Pitch : 0,05 m
- Susunan : Square pitch
- Jumlah : 176
Bentuk head : Elliptical dished head
Tebal head : 0,01 m ( in)
Tinggi head : 0,42 m
Panjang total reaktor : 6,43 m
3.3 Menara Distilasi Kode : MD-01
Fungsi : Memurnikan Furfural dari Toluena
Tipe : Sieve Tray
Jumlah plate : 18 buah
Plate umpan : di antara plate 9 dan 10
Kondisi operasi
- Tekanan : 1,013 bar
- Suhu umpan : 111,6oC
- Suhu bottom : 159,9oC
- Suhu top : 106,5C
Dimensi Menara
- Diameter : 1,28 m
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
46
- Tray spacing : 0,6 m
- Tebal
Bagian atas : 0,01 m
Bagian bawah : 0,01 m
- Material : Carbon steel SA 283 grade C
Bentuk head : Torispherical dished head
Tebal head
Bagian atas : 0,01 m
Bagian bawah : 0,01 m
Panjang head : 0,26 m
Tinggi menara : 16 m
3.4 Filter Kode : F-01
Fungsi : Memisahkan produk pentosa dengan pengotornya
Tipe : Rotary Drum Vacuum Filter
Jumlah :1 buah
Kondisi operasi
- Suhu : 60,72C
- Tekanan : 1,013 bar
Diameter : 0,94 m
Panjang : 1,87 m
Putaran : 0,99 rpm
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
47
Daya : 5 Hp
3.5 Condensor
Kode : CD-01
Fungsi : Mengkondensasikan hasil atas keluaran dari MD-01
Tipe : Double pipe
Jumlah :1 buah
Panjang : 3,7 m
Kondisi operasi :
- Hot fluid : 97,25C - 98,05C
- Cold fluid : 30C - 45C
Spesifikasi:
Annulus, hot fluid
- Kapasitas : 22.256,12 kg/jam
- Material : Carbon steel SA 283 grade C
Inner pipe, cold fluid
- Kapasitas : 90,57 kg/jam
- Material : Carbon steel SA 283 grade C
3.6 Reboiler Kode : RB-01
Fungsi : Menguapkan sebagian hasil bawah MD-01
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
48
Tipe : Kettle reboiler
Panjang : 4,88 m
Kondisi operasi :
- Hot fluid : 232,22C
- Cold fluid : 159,9C
Spesifikasi:
Tube, hot fluid
- Kapasitas : 93,17 kg/jam
- Material : Cast steel
- Jumlah : 14
- Panjang : 1,22 m
- Susunan : Square pitch
- OD tube : 2,03 m
Shell, cold fluid
- Kapasitas : 378,79 kg/jam
- Material : Cast steel
- ID shell : 0,23
- Jarak baffle : 0,102
3.7 Akumulator
Kode : ACC-01
Fungsi : Menampung distilat MD-01
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
49
Tipe : Horizontal drum dengan torispherical dished head
Material : Carbon steel SA 283 grade C
Kapasitas : 1,43 m3
Kondisi operasi
- Tekanan : 1,013 bar
- Suhu : 106,55C
Diameter : 0,84 m
Tinggi : 2,51 m
Tebal : 0,01 m (3/16 in)
3.8 Belt Conveyor
Kode : Bc-01
Fungsi :Mengangkut sekam padi dari G-01 menuju Cr-01
Tipe : Closed belt conveyor
Spesifikasi
- Kapasitas, kg/jam : 3.799,8914 kg/jam
- Lebar belt : 14 in
- Panjang belt : 9,14 m
Daya : 0,5 Hp
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
50
3.9 Dekanter
Tabel 3.2 Spesifikasi Alat Proses Dekanter
Nama alat Dekanter
Kode Dc-01 Dc-02
Fungsi Memisahkan furfural dengan
asam sulfat hasil keluaran R-02
Memisahkan 2 campuran
larutan hasil keluaran M-02
Tipe/jenis Horizontal Decanter Horizontal Decanter
Jumlah 1 1
Kondisi Operasi
P, bar 1,013 1,013
T, oC 100,31 103,20
t, detik 123,23 101,81
Bahan kontruksi Stainless steel SA 167 Carbon steel SA 283 C
Dimensi
Diameter, m 0,91 0,93
Panjang, m 2,74 2,78
Tebal shell, m 0,01 (3/16 in) 0,01 (3/16 in)
Tinggi head, m 0,21 0,22
Tebal head, m 0,01 (3/16 in) 0,01 (3/16 in)
3.10 Tangki
Tabel 3.3 Spesifikasi Tangki
Nama alat Tangki
Kode T-01 T-02 T-03
Fungsi Menyimpan bahan baku H2SO4 98% selama 1 bulan
Menyimpan bahan baku C7H8 99,5% selama 3 bulan
Menyimpan produk C5H4O2 99,5% selama 1 bulan
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
51
Nama alat Tangki
Kode T-01 T-02 T-03
Tipe Silinder vertikal
dengan flat bottom
dan conical roof
Silinder vertikal
dengan flat
bottom dan
conical roof
Silinder vertikal
dengan flat bottom
dan conical roof
Material Carbon steel SA
283 grace C
Carbon steel SA
283 grace C
Carbon steel SA
283 grace C
Jumlah 1 2 1
Kondisi operasi
- Tekanan, bar
- Suhu, C
1,013
30
1,013
30
1,013
40
Volume, m3 234,56 3.132,0 287,65
Dimensi
- Diameter, m
- Tinggi total, m
- Tebal silinder, m
Course 1
Course 2
Course 3
Course 4
Course 5
Course 6
- Tebal head, m
7,62
6,87
0,02
0,01
0,01
-
-
-
0,01
21,34
8,76
0,03
0,03
0,03
0,03
0,02
-
0,02
6,09
12,08
0,02
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
52
3.11 Mixer Tabel 3.4 Spesifikasi Alat Proses Mixer
Nama alat Mixer
Kode M-01 M-02
Fungsi
Mencampurkan asam sulfat
dengan air serta hasil dari
recycle Dc-01
Mencampurkan furfural
dengan toluena sebagai
solvent
Tipe/jenis Tangki vertikal berpengaduk vertikal berpengaduk
Jumlah 1 1
Volume, m3 2,32 10,73
Kondisi operasi
P, bar 1,013 1,013
T, oC 70 103,20
t, detik 300 1800
Material Stainless steel SA 167 Carbon steel SA 283 C
Dimensi
Diameter, m 1,39 2,39
Tinggi, m 1,39 2,39
Tebal shell, m 0,01 (3/16 in) 0,01 (5/16 in)
Tinggi head, m 0,28 0,46
Tebal head, m 0,01 (3/16 in) 0,01 (1/4 in)
Pengaduk
Daya pengaduk, Hp 4 5
Jenis pengaduk Turbin dengan 6 blade
dengan 4 baffle
Turbin dengan 6 blade
dengan 4 baffle
Diameter, m 0,46 0,80
Tinggi cairan, m 1,28 1,99
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
53
3.12 Heat Exchanger
Tabel 3.5. Spesifikasi alat penukar panas (Heat Exchanger Shell and Tube)
Nama Alat Heat Exchanger Shell and Tube
Kode HE-01 HE-02
Fungsi Memanaskan keluaran
filtrat (F-01) sebelum
masuk ke R-02
Mendinginkan keluaran
Dc-01 sebelum masuk ke
M-01
Luas tr. panas, ft2 642,96 (59,73 m2) 227,29 (21,12 m2)
Beban kerja, kJ/jam 9.520.453,36 1.610.257,25
Spesifikasi Shell
- Fluida
- ID pipa, m
- Baffle, m
- Passes
- P, psia
- Material
Hasil keluaran F-01
0,54
0,40
1
0,33 (0,02 bar)
Carbon Steel SA 283
grade C
Hasil keluaran Dc-01
0,31
0,23
1
0,89 (0,061 bar)
Carbon Steel SA 283
grade C
Spesifikasi Tube
- Fluida
- ID pipa, m
- OD pipa, m
- BWG
- Susunan pitch
- Jumlah
- Passes
- Panjang, m
- P, psia
- Material
Saturated steam
0,02
0,03
16
Triangular
164
1
4,57
0,44 (0,03 bar)
Cast stell
Air pendingin
0,02
0,02
16
Triangular
82
1
4,57
0,32 (0,022 bar)
Cast stell
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
54
Tabel 3.6 Spesifikasi alat penukar panas (Heat Exchanger Double Pipe)
Nama Alat Heat Exchanger Double Pipe
Kode HE-03 HE-04
Fungsi Memanaskan produk
keluaran Dc-02 ke MD-
01
Mendinginkan produk
furfural sebelum ke T-03
Luas tr. panas , ft2 13,96 (1,30 m2) 13,46 (1,25 m2)
Beban kerja, kJ/jam 165.386,628 85.779,37
Spesifikasi Annulus
- Fluida
- ID pipa, m
- OD pipa, m
- Panjang
hairpain
- Jumlah
hairpain
- P, psia
- Material
Hasil keluaran Dc-02
0,08
0,09
3,66
2
6,09 (0,419 bar)
Carbon steel SA 283
grade C
Produk furfural
0,08
0,09
3,66
4
0,024 (0,002 bar)
Carbon steel SA 283 grade C
Spesifikasi Inner pipe
- Fluida
- ID pipa, m
- OD pipa, m
- P, psia
- Material
Steam
0,05
0,06
0,0001
Carbon steel SA 283
grade C
Air
0,05
0,06
0,129 (0,009 bar)
Carbon steel SA 283 grade C
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
55
3.13 Pompa Tabel 3.7 Spesifikasi Pompa Proses
Nama Alat Pompa
Kode P-01 P-02 P-03
Fungsi Mengalirkan larutan asam
sulfat dari T-01 menuju M-01
Mengalirkan air dari tangki di
utilitas menuju M-01
Mengalirkan asam sulfat dan air dari M-01 menuju R-01
Tipe Single stage sentrifugal pump
Single stage sentrifugal pump
Single stage sentrifugal pump
Kapasitas, Liter 325 22.320 28.000
Head pompa, m 1,5 2 2,75
Power motor, Hp 0,5 1 1
Voltase, Volt
Ampere, A
Frekuensi, Hz
220
2 4 4
60
Bahan konstruksi Steinless steel Comercial steel Steinless steel
Pipa :
Diameter , in 1 5 3,5
SN 40 40 10
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
56
Lanjutan Tabel 3.7
Nama Alat Pompa
Kode P-04 P-05 P-06
Fungsi Mengalirkan produk dari
R-01A menuju R-01B
Mengalirkan
produk dari
R-01B menuju
F-01
Mengalirkan
produk dari F-01
menuju HE-01
Tipe Single stage sentrifugal pump
Single stage
sentrifugal pump
Multi stage
sentrifugal pump
Kapasitas, Liter 31.220 26.000 53.000
Head pompa, m 2,25 2,25 1
Power motor, Hp 0,5 0,5 200
Voltase, Volt
Ampere, A
Frekuensi, Hz
220
2 2 80
60
Bahan konstruksi Steinless steel Steinless steel Steinless steel
Pipa :
Nominal, in 4 4 5
SN 40 40 40
-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Furfural dari Sekam Padi dengan proses Quaker Oats Kapasitas Produksi 3000 Ton/Tahun
57