tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Download tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013

Post on 14-Apr-2016

33 views

Category:

Documents

12 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

BAB IPENDAHULUAN1.1. Latar Belakang Masalah Konverter merupakan alat yang digunakan untuk mengkonversi SO2 menjadi SO3 pada pabrik asam sulfat. Konverter terdiri dari 4 bed. Pada bed I sampai bed III merupakan konversi tingkat pertama, dan bed IV merupakan konversi tingkat kedua. Konversi yang dihasilkan pada masing-masing bed berbeda. Konversi akan meningkat pada setiap bed sampai pada bed IV yang dapat memiliki konversi minimal 99,7%. Di dalam konverter terdapat katalis yaitu vanadium pentaoksida (V2O5) yang berguna untuk mengarahkan reaksi. Kondisi akif katalis V2O5 berkisar antara 420-440oC. Keaktifan katalis akan hilang pada suhu 630oC-650oC sehingga diperlukan adanya pengontrolan suhu pada setiap bed untuk menghindari kerusakan pada katalis. Dalam pengoperasiaannya, terkadang suhu operasi aktual lebih rendah dibandingkan suhu operasi desain. Misalnya dari data suhu tanggal 1 sampai 10 Agustus 2013 menunjukkan suhu aktual (615,1oC) lebih tinggi daripada suhu desain (4611oC). Adanya perbedaaan ini, mendorong untuk dilakukannya evaluasi kinerja konverter. Selanjutnya, akan diketahui perbaikan kondisi operasi (misal: T dan P) atau komponen konverter ( misal:katalis).1.2. Perumusan Masalah Pada pembuatan asam sulfat dengan metode double contact double absorber, gas SO3 terbentuk dengan sifat reaksi eksotermis/melepas kalor. Jika suhu diturunkan maka keseimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksotermis, sehingga konversi yang dihasilkan akan lebih tingi. Namun reaksi eksotermis akan melepas kalor sehingga suhu di dalam konverter akan menjadi tinggi. Hal ini dapat berpengaruh terhadap konversi SO3 yang terbentuk dan kinerja dari konverter, maka dari itu pengontrolan suhu sangat diperlukan untuk menjaga konversi yang diinginkan. Kinerja konverter dapat dievaluasi berdasarkan atas parameter konversi reaksi pada konverter tersebut, dengan memasukkan data data seperti :laju alir udara kering masuk burner, kadar gas SO2 masuk konverter, suhu katalis di tiap bed konverter, tekanan katalis di tiap bed konverter kemudian langkah pertama yaitu menghitung komposisi gas masuk pada tiap bed konverter berdasarkan stokiometri dan neraca massa dikonverter, selanjutnya menghitung konverter tiap bed dengan menggunakan metode trial and error.1.3. TujuanTujuan Umum :Mengevaluasi kinerja konverter di pabrik asam sulfat II Departemen Produksi III dengan menggunakan parameter konversi SO2 menjadi SO3 .Tujuan Khusus :1. Membandingkan konversi aktual dengan konversi desain2. Mengetahui permasalahan yang sering dihadapi dalam plant asam sulfat.1.4. ManfaatHasil evaluasi kinerja konverter ini dapat digunakan sebagai dasar untuk membuat rekomendasi meningkatkan kinerja konverter.

TRANSCRIPT

BAB I

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang MasalahKonverter merupakan alat yang digunakan untuk mengkonversi SO2 menjadi SO3 pada pabrik asam sulfat. Konverter terdiri dari 4 bed. Pada bed I sampai bed III merupakan konversi tingkat pertama, dan bed IV merupakan konversi tingkat kedua. Konversi yang dihasilkan pada masing-masing bed berbeda. Konversi akan meningkat pada setiap bed sampai pada bed IV yang dapat memiliki konversi minimal 99,7%. Di dalam konverter terdapat katalis yaitu vanadium pentaoksida (V2O5) yang berguna untuk mengarahkan reaksi. Kondisi akif katalis V2O5 berkisar antara 420-440oC. Keaktifan katalis akan hilang pada suhu 630oC-650oC sehingga diperlukan adanya pengontrolan suhu pada setiap bed untuk menghindari kerusakan pada katalis.Dalam pengoperasiaannya, terkadang suhu operasi aktual lebih rendah dibandingkan suhu operasi desain. Misalnya dari data suhu tanggal 1 sampai 10 Agustus 2013 menunjukkan suhu aktual (615,1oC) lebih tinggi daripada suhu desain (4611oC). Adanya perbedaaan ini, mendorong untuk dilakukannya evaluasi kinerja konverter. Selanjutnya, akan diketahui perbaikan kondisi operasi (misal: T dan P) atau komponen konverter ( misal:katalis).

1.2. Perumusan MasalahPada pembuatan asam sulfat dengan metode double contact double absorber, gas SO3 terbentuk dengan sifat reaksi eksotermis/melepas kalor. Jika suhu diturunkan maka keseimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksotermis, sehingga konversi yang dihasilkan akan lebih tingi. Namun reaksi eksotermis akan melepas kalor sehingga suhu di dalam konverter akan menjadi tinggi. Hal ini dapat berpengaruh terhadap konversi SO3 yang terbentuk dan kinerja dari konverter, maka dari itu pengontrolan suhu sangat diperlukan untuk menjaga konversi yang diinginkan.Kinerja konverter dapat dievaluasi berdasarkan atas parameter konversi reaksi pada konverter tersebut, dengan memasukkan data data seperti :laju alir udara kering masuk burner, kadar gas SO2 masuk konverter, suhu katalis di tiap bed konverter, tekanan katalis di tiap bed konverter kemudian langkah pertama yaitu menghitung komposisi gas masuk pada tiap bed konverter berdasarkan stokiometri dan neraca massa dikonverter, selanjutnya menghitung konverter tiap bed dengan menggunakan metode trial and error.

1.3. TujuanTujuan Umum :Mengevaluasi kinerja konverter di pabrik asam sulfat II Departemen Produksi III dengan menggunakan parameter konversi SO2 menjadi SO3 .

Tujuan Khusus :1. Membandingkan konversi aktual dengan konversi desain2. Mengetahui permasalahan yang sering dihadapi dalam plant asam sulfat.

1.4. ManfaatHasil evaluasi kinerja konverter ini dapat digunakan sebagai dasar untuk membuat rekomendasi meningkatkan kinerja konverter.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1. Konverter

Heat ExchangerHeat ExchangerAbsorber IAbsorber II611oC430oC440oC521oC430oC450oC420oC440oCKonverter merupakan salah satu unit alat yang digunakan untuk memproduksi asam sulfat di PT Petrokimia Gresik. Pada pabrikAsamSulfat II Departemen Produksi III digunakan konverter yang terdiri dari 4 bed. Katalis yang digunakan adalah Vanadium Pentaoksida (V2O5). Proses yang digunakan adalah double contact double adsorber.

Gambar 2.1 Konverter 4 bed pada pabrik asam sulfat PT Petrokimia Gresik

Konverter terdiri dari 4 bed, tiga bed merupakan konversi tingkat pertama dan bed yang keempat merupakan konversi tingkat kedua. Proses gas yang mengandung gas SO2 dengan suhu 430C masuk ke konverter bed I. Sekitar enam puluh persen dari gas SO2 diubah menjadi gas SO3 dengan reaksi sebagai berikut:

SO2 + O2SO3 + Q ....... ............................................(1)Reaksi (1) merupakan reaksi eksotermis dapat balik dengan melepaskan kalor sebesar 23,49 x 103 Kcal/kg.mol.Gas keluaran bed I yang mengandung gas SO3 dengan suhu 610C masuk ke heat exchanger I dimana panasnya diberikan kepada gas yang akan masuk ke bed IV, kemudian gas dari bed I masuk ke bed II dengan suhu 440C dan akan terjadi konversi selanjutnya. Gas keluaran II suhunya 520C masuk ke heat exchanger II kemudian gas dengan suhu 430C masuk ke bed III, di heat exchanger gas yang sudah dikonversi memberikan panasnya kepada gas yang masuk bed IV. Gas keluaran bed III yang banyak mengandung gas SO3 dengan suhu 450C masuk ke economizer I dimana gas tersebut didinginkan menjadi 220C sebelum masuk ke menara absorber I.Setelah gas SO3 diserap dengan H2SO4 di menara absorber, sisa gas dengan suhu 80C melalui demister dipisahkan secara paralel kemudian masuk ke pipa heat exchanger I dan II, kemudian menjadi satu sebelum masuk bed IV. Gas sebelum masuk ke bed IV dipanaskan di heat exchanger I dan menjadi 420C.Gas keluaran bed IV dengan suhu 440C masuk ke economizer II, dimana gas tersebut didinginkan menjadi 190C sebelum masuk menara absorber II. Untuk mencegah kemungkinan kondensasi dari gas keluaran menara absorber I maka dilengkapi tracking yang dipasang pada saluran gas antara menara absorber I dan heat exchanger II.

2.2. Kinetika ReaksiKesetimbangan reaksi tergantung dari suhu, tekanan total dan konsentrasi reaktan. Konstanta kesetimbangan untuk reaksi ini dihitung dari tekanan parsiil masing-masing gas sebagai berikut :

................................................................................ (2)Hubungan antara Kp dan suhu menurut Bodenstein dan Pohl adalah sebagai berikut :Log Kp = 5186,5/T + 0,611 log T 6,75 ............................................................(3)Konversi yang dicapai pada proses double contact double absorber lebih baik dibandingkan proses single contact. Pada proses single contact konversi maksimum yang dicapai dengan 4 bed katalis adalah 97,5 98 % tergantung dari komposisi gas yang masuk. Sedangkan pada proses double contact double absorber bisa mencapai lebih dari 99,7%.Di PT Petrokimia Gresik digunakan konverter dengan susunan (3+1). Gas reaktan mula-mula masuk reaktor bed I, gas keluaran dari bed I masuk ke bed II dan seterusnya sampai bed ke III, di antara bed selalu dilakukan pendinginan dan sebelum masuk ke bed IV, gas dari bed III dilewatkan absorber I untuk diserap SO3-nya. Dalam hal ini digunakan H2SO4 98,5% sebagi penyerap. Diharapkan SO3 akan terikat oleh air yang terkandung dalam asam sulfat. Dalam hal ini tidak digunakan H2O murni sebagai penyerap karena panas pelarutan SO3 dalam H2O lebih tinggi sehingga sebagian H2O teruapkan dan membawa molekul H2SO4 serta menimbulkan kabut yang sulit dipindahkan sehingga absorbsi tidak sempurna. Gas SO2 keluaran dari absorber I diumpankan ke bed IV untuk mengkonversi SO2sisa menjadi SO3. Dari bed IV gas masuk absorber II untuk penyerapan gas SO3. Dengan proses ini diharapkan gas buang sudah bebas dari gas SO3.2.3. Pengaturan Kondisi OperasiPengontrolan suhu dari tiap-tiap bed dan mempertahankan konsentrasi gas SO2 yang dikehendaki dalam gas yang akan dihasilkan dalam konverter merupakan proses operasi yang paling utama. Kenaikan suhu ini tidak boleh lebih dari 620C untuk keluaran bed I, tujuannya untuk menghindarkan kerusakan katalis dan peralatan lain di dalam konverter. Suhu keluaran ini dapat diatur dengan mengurangi suhu masukan di bed I. Hal tersebut dapat dikontrol dengan menutup atau membuka alat pengatur panas. Suhu gas panas yang keluar di sisi lain, akan ikut terpengaruh sebab terjadi kelainan pressure drop di dalam heat exchanger tersebut.Pada proses pembuatan H2SO4 terutama pada proses yang terjadi dalam unit konverter sangat diperlukan alat penukar panas, karena proses konversi SO2 menjadi SO3 merupakan reaksi eksotermis. Reaksi eksotermis inilah yang akan menyebabkan suhu keluaran pada tiap bed akan meningkat sehingga diperlukan alat penukar panas untuk mendinginkan suhu keluaran bed tersebut sehingga sama dengan kondisi operasi pada bed berikutnya.Pengaturan suhu dilakukan dengan memasang alat penukar panas Heat Exchanger dan Economizer. Heat Exchanger digunakan untuk mendinginkan SO2 dan SO3 keluaran bed I dan II, sedangkan Economizer digunakan untuk mendinginkan gas SO3 keluaran bed III dan bed IV. Tipe dari alat penukar panas tersebut adalah tipe shell and tube, dimana gas SO3 yang akan didinginkan melalui shell side, sedangkan pendingin yang digunakan melalui tube side. HE Shell and tube ini biasanya menggunakan pipa baja yang mengandung unsur logam Fe sehingga dapat mengakibatkan korosi jika bereaksi dengan gas SO2 dan SO3, walaupun proses ini terjadi secara perlahan tetapi akan tetap menurunkan kinerja alat penukar panas tersebut.

BAB IIIMETODOLOGI

3.1. Cara Memperoleh DataData primer yang diperoleh dari Central Control Room Pabrik Asam Sulfat II Departemen Produksi III PT Petrokimia Gresik pada tanggal 1-10 September 2013 antara lain :1. Laju alir udara kering masuk burner2. Kadar gas SO2 masuk konverter3. Suhu katalis di tiap bed konverter4. Tekanan katalis di tiap bed konverter3.2. Cara Pengolahan DataDari data yang diperoleh dilakukan langkah-langkah pengolahan data sebagai berikut :1. Menghitung komposisi gas masuk pada tiap bed konverter berdasarkan stoikiometri reaksi dan neraca massa di konverter.Langkah kerja : Menuliskan reaksi yang terjadi dan kondisi stoikiometri reaksi

SO2 + O2SO3Awal a b cReaksi ax ax axSetimbang a(1-x) b- ax c + ax Untuk SO2 masuk konverter dari bed I sudah diketahui prosentasenya dari data yang terdapat di laboratorium, kemudian dari data tersebut kita dapat menghitung jumlah mol dari SO2 dengan rumus sebagai berikut

S + O2SO2Mula-mula L F -Reaksi L L LSisa - F-L LMisalnya :SO2 inlet konverter= L kmolO2 yang bereaksi di furnace (burner)= L molO2 sisa keluar furnace= M kmol= F-L k