prarancangan pabrik acrylonitrile dengan …...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK ACRYLONITRILE DENGAN

PROSES DEHIDRASI ETHYLENE CYANOHYDRIN

KAPASITAS 50.000 TON/TAHUN

Disusun Oleh :

1. Diah Kartika Puspita Sari ( I 0508004 )

2. Gemma Cintya Binajit ( I 0508046 )

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012


commit to user

r00 I 20866191

rrB)lrtrEsIo

'e'*F

$r&ff

-**,

I00 z €00002 9(,ltzL6r'drN'I'nt ''J'S ''V Buer(ntsFr1 r(uug '7,

I00 z t06L6t szl00s6l 'dIN

qn1se4 Ewpug 'r1 'I

: rltrEued urp uedep tp ue4ueqepeftq

t00 7, 208661 lEr0EL6I'dINffi

ola /.f,

r00 I 109861 9Z'08S6I'dINTTr@=q

Y*#-l Euqtutqrue4

NNIIVJ/NOI OOO' OS SYIISYdY)T

NIVQTHONVTJ gNflITHTg ISYU(IIHS(

SgSOUd NVCNflO flTIATINOTTVJV NTUflVd NYCNVJ\IVUYUd

UIIDTY SYONI

NVr{VStrCNUd Uvgtttf,T

9108090 r

r0080s0 I

{["qg ef]ulC eunues

pug e4dsnd e>lpre; IIEIC

: qolo


commit to user

iii

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT, karena limpahan

rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan

Laporan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan

Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan

dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa dan semangat yang

senantiasa diberikan.

2. Ir. Paryanto, M.S. dan Dwi Ardiana S., S.T., M.T. selaku dosen pembimbing

atas bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas akhir ini.

3. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia atas bimbingannya.

4. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik dan Dosen

Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir atas bimbingan dan arahannya.

5. Ir. Endang Mastuti selaku Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir

atas bimbingan dan arahannya.

6. Seluruh dosen, laboran, dan administrasi Jurusan Teknik Kimia atas ilmu,

arahan, dan bantuannya selama ini.

7. Seluruh teman – teman Teknik Kimia UNS, khususnya angkatan 2008.

8. Seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat disebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik

yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis

dan pembaca sekalian.

Surakarta, Agustus 2012

Penulis


commit to user

iv

DAFTAR ISI

Halaman Judul ..................................................................................................... i

Lembar Pengesahan ............................................................................................ ii

Kata Pengantar .................................................................................................... iii

Daftar Isi.............................................................................................................. iv

Daftar Tabel ........................................................................................................ ix

Daftar Gambar ..................................................................................................... xii

Intisari ................................................................................................................. xiii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ............................................. 1

1.2. Kapasitas Rancangan ............................................................... 3

1.2.1 Kebutuhan Dalam Negeri ............................................. 3

1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ............................................ 4

1.2.3 Kebutuhan Luar Negeri ................................................ 5

1.2.4 Kapasitas Rancangan Minimum .................................. 6

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik .......................................................... 8

1.4. Tinjauan Pustaka ...................................................................... 10

1.4.1 Macam-Macam Proses Pembuatan Acrylonitrile ......... 10

1.4.2 Kegunaan Produk ......................................................... 14

1.4.3 Sifat – sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku,

Bahan Pembantu, dan Produk ...................................... 15

1.4.4.1 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku ....................... 15


commit to user

v

1.4.4.2 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Pembantu ............... 16

1.4.4.3 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Produk ............................... 17

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum .................................... 18

BAB I DESKRIPSI PROSES ....................................................................... 20

2.1. Spesifikasi Bahan baku, Bahan Pembantu, dan Produk ........... 20

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku................................................ 20

2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu ........................................ 20

2.1.3 Spesifikasi Produk ........................................................ 21

2.2. Konsep Proses .......................................................................... 21

2.2.1 Dasar Reaksi................................................................. 21

2.2.2 Mekanisme Reaksi ....................................................... 21

2.2.3 Kondisi Operasi ............................................................ 25

2.2.4 Tinjauan Kinetika ......................................................... 26

2.2.5 Tinjauan Termodinamika ............................................. 26

2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ................................ 29

2.3.1 Diagram Alir Proses ..................................................... 29

2.3.2 Tahapan Proses............................................................. 32

2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas .............................................. 35

2.4.1 Neraca Massa ............................................................... 35

2.4.2 Neraca Massa Total ...................................................... 35

2.4.3 Neraca Massa Alat ....................................................... 36

2.4.4 Neraca Panas ................................................................ 41

2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan ................................................... 47


commit to user

vi

2.5.1 Lay Out Pabrik ............................................................. 47

2.5.2 Lay Out Peralatan ......................................................... 49

BAB III SPESIFIKASI ALAT ........................................................................ 51

3.1. Spesifikasi Alat Utama ............................................................. 51

3.2. Spesifikasi Alat Pendukung ..................................................... 56

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ............. 81

4.1. Unit Pendukung Proses ............................................................ 81

4.1.1 Unit Pengadaan Air ...................................................... 83

4.1.2 Unit Pengadaan Steam.................................................. 89

4.1.3 Unit Pengadaan Pemanas Reaktor ............................... 92

4.1.4 Unit Pengadaan Udara Tekan....................................... 93

4.1.5 Unit Pengadaan Listrik ................................................. 94

4.1.6 Unit Pengadaan Bahan Bakar....................................... 99

4.2. Unit Pengolahan Limbah.......................................................... 100

4.2.1 Pengolahan Limbah Cair .............................................. 101

4.2.2 Pengolahan Limbah Padat ............................................ 103

4.3. Laboratorium ............................................................................ 104

4.3.1 Laboratorium Fisik ....................................................... 106

4.3.2 Laboratorium Analitik .................................................. 106

4.3.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan............... 106

4.3.4 Prosedur Analisa Bahan Baku ...................................... 107

4.3.5 Prosedur Analisa Proses Produksi ................................ 108

4.3.6 Prosedur Analisa Produk .............................................. 108


commit to user

vii

4.3.7 Prosedur Analisa Utilitas.............................................. 109

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ....................................................... 111

5.1 Bentuk Perusahaan ................................................................... 111

5.2 Struktur Organisasi .................................................................. 112

5.3 Tugas dan Wewenang .............................................................. 117

5.3.1 Pemegang Saham ......................................................... 117

5.3.2 Dewan Komisaris ......................................................... 117

5.3.3 Dewan Direksi .............................................................. 118

5.3.4 Staf Ahli ....................................................................... 119

5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ..................... 119

5.3.6 Kepala Bagian .............................................................. 120

5.3.7 Kepala Seksi ................................................................. 123

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ............................................. 124

5.4.1 Karyawan non shift ..................................................... 124

5.4.2 Karyawan Shift ............................................................ 124

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah .......................................... 126

5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ............... 127

5.7 Kesejahteraan Sosial Tenaga Kerja .......................................... 129

BAB VI ANALISA EKONOMI ...................................................................... 131

6.1 Penaksiran Harga Peralatan...................................................... 132

6.2 Dasar Perhitungan .................................................................... 134

6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) .............................. 134

6.4 Hasil Perhitungan ..................................................................... 136


commit to user

viii

Daftar Pustaka

Lampiran


commit to user

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Data Impor Acrylonitrile di Indonesia ........................................ 3

Tabel 1.2. Kebutuhan Acrylonitrile di Bererapa Negara Asia ..................... 5

Tabel 1.3. Data Pabrik Penghasil Acrylonitrile di Dunia ............................. 6

Tabel 1.4. Perbandingan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin, Proses

Acetylene, dan Proses Propylene Ammoxidation ......................... 13

Tabel 1.5. Persentase Konsumsi Acrylonitrile sebagai Bahan Baku ........... 14

Tabel 2.1. Neraca Massa Total ..................................................................... 35

Tabel 2.2. Neraca Massa Tee 1 .................................................................... 36


Tabel 2.4. Neraca Massa Vaporizer (VP-01) ............................................... 37

Tabel 2.5. Neraca Massa Reaktor (R-01) ..................................................... 37

Tabel 2.6. Neraca Massa Condenser (CD-01) ............................................. 38

Tabel 2.7. Neraca Massa Decanter (D-01) .................................................. 38

Tabel 2.8. Neraca Massa Menara Distilasi 1 (MD-01) ................................ 39




Tabel 2.12. Neraca Massa Heat Exchanger (HE-01) ..................................... 41

Tabel 2.13. Neraca Panas di Sekitar Tee 1 ..................................................... 41


Tabel 2.15. Neraca Panas di Sekitar Vaporizer (VP-01) ............................... 42


commit to user

x

Tabel 2.16. Neraca Panas di Sekitar Reaktor (R-01) ..................................... 43

Tabel 2.17. Neraca Panas di Sekitar Condenser (CD-01) .............................. 43

Tabel 2.18. Neraca Panas di Sekitar Menara Distilasi 1 (MD-01)................. 44




Tabel 2.22. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger (HE-01) ..................... 46

Tabel 4.1. Kebutuhan Air Pendingin ............................................................ 84

Tabel 4.2. Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ........................... 86

Tabel 4.3. Kebutuhan Air Umpan Boiler ..................................................... 89

Tabel 4.4. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses ................................ 94

Tabel 4.5. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Utilitas ............................... 95

Tabel 4.6. Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan .............................. 97

Tabel 4.7. Total Kebutuhan Listrik Pabrik ................................................... 99

Tabel 4.8. Total Kebutuhan Bahan Bakar Pabrik ......................................... 100

Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kelompok Shift ............................................. 125

Tabel 5.2. Jumlah dan Gaji Karyawan Menurut Jabatan ............................. 128

Tabel 6.1. Indeks Harga Alat........................................................................ 133

Tabel 6.2. Fixed Capital Investment ............................................................ 136

Tabel 6.3. Working Capital Investment ........................................................ 137

Tabel 6.4. Direct Manufacturing Cost ......................................................... 137

Tabel 6.5. Indirect Manufacturing Cost ....................................................... 138

Tabel 6.6. Fixed Manufacturing Cost ......................................................... 138


commit to user

xi

Tabel 6.7. General Expense ......................................................................... 139

Tabel 6.8. Analisa Kelayakan....................................................................... 143


commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Grafik Data Impor Acrylonitrile di Indonesia ............................. 4

Gambar 1.2. Peta Lokasi Pabrik Acrylonitrile ................................................. 8

Gambar 2.1. Diagram Alir Kualitatif ............................................................... 30

Gambar 2.2. Diagram Alir Kuantitatif ............................................................. 31

Gambar 2.3. Lay Out Pabrik Acrylonitrile ....................................................... 48

Gambar 2.4. Lay Out Peralatan Proses............................................................. 50

Gambar 4.1. Skema Pengolahan Air Laut ....................................................... 84

Gambar 4.2. Skema Pengolahan Air Umpan Boiler ....................................... 89

Gambar 4.3. Skema Unit Pengolahan Limbah (UPL)...................................... 103

Gambar 5.1. Struktur Organisasi Pabrik Acrylonitrile ..................................... 116

Gambar 6.1. Grafik Linierisasi Indeks Harga .................................................. 134

Gambar 6.2. Grafik Analisa Kelayakan ........................................................... 145


commit to user

xiii

INTISARI

Diah Kartika Puspita Sari, Gemma Cintya Binajit, 2012, Prarancangan

Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin

Kapasitas 50.000 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Universitas Sebelas

Maret, Surakarta. Acrylonitrile (C3H3N) adalah bahan kimia yang mempunyai fungsi yang

sangat penting dalam menunjang pembangunan di sektor industri, yaitu sebagai

bahan kimia antara (intermediate) dalam pembuatan polimer seperti acrylic fibre,

termoplastik, Acrylonitrile Butadiene Styrene dan Styrene Acrylonitrile, karet

sintetik, dan juga adiponitrile. Pabrik acrylonitrile dengan bahan baku yang

berupa ethylene cyanohydrin dengan kebutuhan sebesar 68.800 ton/tahun akan

didirikan di Cilegon, Banten pada tahun 2017 dengan kapasitas 50.000 ton/tahun.

Pembuatan acrylonitrile ini melalui 3 tahap yaitu tahap persiapan bahan

baku, pembentukan produk, dan pemurnian produk. Pada tahap persiapan bahan

baku, ethylene cyanohydrin dialirkan ke vaporizer untuk diuapkan dan dipanaskan

sampai 280oC. Pada tahap pembentukan produk, ethylene cyanohydrin yang telah

diuapkan dialirkan ke dalam reaktor fixed bed multitube, non adiabatic, non

isothermal dengan kondisi operasi 280oC - 251

oC dan tekanan 1,3 atm. Reaksi

berlangsung pada fase gas dengan menggunakan katalis alumina. Pada tahap

pemurnian produk, larutan acrylonitrile yang terbentuk dimurnikan dengan

menara distilasi untuk memperoleh larutan acrylonitrile 99%.

Unit pendukung proses meliputi unit pengadaan air pendingin dan

pemadam kebakaran yang bersumber dari air laut, yaitu dengan kebutuhan sebesar

704.258,78 kg/jam. Sedangkan untuk air umpan boiler dan konsumsi umum dan

sanitasi diperoleh dari PT Krakatau Tirta Industri (PT KTI) dengan kebutuhan

sebesar 6.467,75 kg/jam. Unit pengadaan steam dengan kebutuhan sebesar

28.184,59 kg/jam. Unit pengadaan listrik sebesar 424,48 kW dari PLN dan

generator. Unit pengadaan bahan bakar IDO sebesar 0,573 m3/jam. Unit

pengadaan udara tekan sebesar 75,44 m3/jam. Limbah cair yang mengandung

acrylonitrile akan direaksikan dengan sodium (Bi) Sulphite menjadi sodium

sulphonate yang bersifat biodegradable sehingga aman untuk dibuang ke

lingkungan. Limbah padat yang berasal dari limbah domestik ditampung di bak

penampung kemudian dikirim ke Tempat Pembuangan Akhir (TPA). Sedangkan

untuk limbah padat yang berasal dari pengendapan limbah cair dipendam di dalam

tanah. Pabrik juga didukung dengan laboratorium yang berfungsi untuk

mengontrol kualitas bahan baku dan produk (hidrometer, viskometer tube, GC-

MS) serta proses produksi (GC-MS).

Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas dengan struktur

organisasi line and staff. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 200 orang.

Hasil analisis ekonomi didapatkan Rate of Return (ROI) sebesar 52,20%

sebelum pajak dan 39,15% sesudah pajak. Pay Out Time (POT) didapatkan

sebesar 1,66 tahun sebelum pajak dan 2,12 tahun sesudah pajak. Break Even Point

(BEP) sebesar 54,51%, Shut Down Point (SDP) sebesar 45,80%, dan Discounted

Cash Flow (DCF) sebesar 12,98%. Dari hasil analisa ekonomi dapat disimpulkan

bahwa pabrik acrylonitrile layak untuk didirikan.


commit to user

Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dengan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin Kapasitas 50.000 Ton/Tahun

Bab I Pendahuluan

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik

Sejalan dengan laju perkembangan industri yang semakin besar, Indonesia

dituntut untuk mampu bersaing dengan negara lain dalam bidang industri.

Perkembangan industri di Indonesia sangat berpengaruh pada ketahanan ekonomi

Indonesia yang akan menghadapi banyak persaingan di pasar bebas nanti. Sektor

industri kimia, sebagai tulang punggung perekonomian negara, banyak memegang

peranan dalam memajukan perindustrian di Indonesia. Inovasi proses produksi

maupun pembangunan pabrik baru yang berorientasi pada pengurangan

ketergantungan terhadap produk impor maupun untuk menambah devisa negara

sangat diperlukan, salah satunya dengan pembangunan pabrik acrylonitrile.

Acrylonitrile (C3H3N) adalah senyawa kimia tak jenuh berikatan rangkap

karbon-karbon yang berkonjugasi dengan golongan nitril (Kirk & Othmer, 1991).

Acrylonitrile yang sering juga disebut sebagai acrylic acid nitrile, propylene

nitrile, vinyl cyanide, dan propenoic acid nitrile, merupakan cairan jernih, tidak

berwarna, dan larut dalam berbagai pelarut organik, seperti etanol, aseton, etil

asetat, karbon tetraklorida, dan benzene, namun hanya larut sebagian dalam air

(Nexant, Inc., 2006). Acrylonitrile mempunyai fungsi yang sangat penting dalam

menunjang pembangunan di sektor industri, yaitu sebagai bahan kimia antara

(intermediate) dalam pembuatan polimer seperti acrylic fibers, termoplastik


commit to user


Bab I Pendahuluan | 2

(Acrylonitrile/Butadiene/Styrene dan Styrene/Acrylonitrile), karet sintetik, dan

juga adiponitrile (Dimian dan Bildea, 2008).

Hingga saat ini acrylonitrile masih diimpor dari Jepang, Singapura, dan

Amerika. Dengan didirikannya pabrik acrylonitrile di Indonesia, kemungkinan

impor dapat dikurangi. Bahkan apabila produksi sudah melebihi kebutuhan dalam

negeri, acrylonitrile dapat menjadi produk ekspor. Dengan semakin meningkatnya

perkembangan industri di Indonesia, maka diperkirakan permintaan bahan baku

acrylonitrile pada tahun-tahun mendatang juga akan meningkat. Selain

pertimbangan tersebut, pendirian pabrik ini juga didasarkan pada hal-hal sebagai

berikut :

a. Dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri.

b. Dapat menambah devisa negara dengan mengekspor hasil produksi

acrylonitrile ke luar negeri.

c. Mengurangi ketergantungan impor acrylonitrile.

d. Membuka lapangan kerja baru bagi penduduk di sekitar wilayah

industri yang akan didirikan, yang berarti dapat mengurangi jumlah

pengangguran.

e. Mendukung berkembangnya pabrik kimia lain yang menggunakan

acrylonitrile sebagai bahan baku.

f. Meningkatkan kualitas sumber daya manusia Indonesia lewat alih

teknologi.

Dari berbagai pertimbangan di atas dapat disimpulkan bahwa pendirian

pabrik acrylonitrile di Indonesia sangat diperlukan.


commit to user



1.2 Kapasitas Rancangan

Dalam pemilihan kapasitas pabrik acrylonitrile ada beberapa

pertimbangan yang perlu diperhatikan yaitu :

1.2.1 Kebutuhan Dalam Negeri

Kebutuhan acrylonitrile di Indonesia hampir setiap tahun mengalami

peningkatan. Berdasarkan data yang diperoleh dari Biro Pusat Statistik (BPS)

tahun 2005 – 2011, perkembangan jumlah impor acrylonitrile Indonesia sejak

tahun 2005 dapat dilihat pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1 Data Impor Acrylonitrile di Indonesia

Tahun Impor (Ton/tahun)

2005 7.000,166

2006 7.808,004

2007 8.315,807

2008 6.412,171

2009 6.252,186

2010 8.947,247

2011 7.572,125

(bps.go.id)


commit to user



Gambar 1.1 Grafik Data Impor Acrylonitrile di Indonesia

Dari Gambar 1.1, diperoleh suatu persamaan regresi linier untuk

mengetahui kebutuhan acrylonitrile pada tahun 2017 :

y = 68,955x – 130989

y = (68,955 x 2017) – 130989

y = 8.093,235 ton/tahun

1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku ethylene cyanohydrin yang dibutuhkan dalam proses

pembuatan acrylonitrile sebesar 68.800 ton/tahun diperoleh dari Kanto Chemical

co., Inc. yang berada di Taiwan dengan kapasitas produksi sebesar 120.000

ton/tahun. Sehingga kebutuhan bahan baku dapat terpenuhi.

y = 68.955x - 130989

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Imp

or

Acr

ylo

nit

rile

(T

on

/ta

hu

n)

Tahun


commit to user



1.2.3 Kebutuhan Luar Negeri

Selain untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, pabrik acrylonitrile yang

akan didirikan ini juga bertujuan untuk memenuhi kebutuhan luar negeri.

Kebutuhan acrylonitrile di beberapa Negara Asia terlihat pada Tabel 1.2.

Tabel 1.2 Kebutuhan Acrylonitrile di Beberapa Negara Asia

Negara

Kebutuhan Impor Acrylonitrile (Ton/Tahun)

2007 2008 2009

Korea 97.151 81.951 59.462

Thailand 122.759 116.243 104.995

Jepang 25.702 30.402 3.960

Taiwan 117.060 119.726 71.589

Total 362.672 348.322 240.006

Dari Tabel 1.2 diperoleh total kebutuhan impor acrylonitrile pada tahun

2009 sebesar 240.006 ton. Diperkirakan pada tahun 2018, kebutuhan acrylonitrile

di Asia akan mencapai 3.600.000 ton/tahun, sedangkan produksi yang ada hanya

sebesar 2.800.000 ton/tahun. Sehingga pabrik ini akan dapat memenuhi kebutuhan

acrylonitrile sebesar 5,13% dari kebutuhan total acrylonitrile di Asia terutama

Korea dan Thailand yang masih mengimpor semua kebutuhan acrylonitrilenya.

(PCi Acrylonitrile Ltd, 2009)


commit to user



1.2.4 Kapasitas Rancangan Minimum

Dari Encyclopedia of Chemical Processing and Design Mc Ketta 1954,

diperoleh data bahwa kapasitas minimum yang masih dapat memberikan

keuntungan apabila mendirikan pabrik acrylonitrile adalah 5.000 ton/tahun.

Kapasitas pabrik yang akan didirikan harus berada diatas kapasitas

minimal atau sama dengan kapasitas pabrik yang sedang berjalan.

Tabel 1.3 Data Pabrik Penghasil Acrylonitrile di Dunia

Pabrik Lokasi

Kapasitas

(ton/tahun)

Acrilonitrila do Nordeste Camacari, Brazil 90.000

Anqing Petrochemical Anqing, China 80.000

Asahi Kasei

Kawasaki, Japan 150.000

Mizushima, Japan 350.000

China Petrochemical

Development Ta-Sheh, Taiwan 190.000

Cytec Industry Fortier, Louisiana, US 227.000

Daqing Refining and Chemical Daqing, China 80.000

Dia-NitriX

Mizushima, Japan 115.000

Otake, Japan 90.000

DSM Geleen, Netherlands 275.000

DuPont Beaumont, Texas, US 185.000

Formosa Plastics Mailiao, Taiwan 280.000

Fushun Petrochemical Fushun, China 90.000

INEOS

Cologne, Germany 300.000

Green Lake, Texas, US 460.000

Lima, Ohio, US 200.000

Seal Sands, UK 280.000

Jihua Group Jilin City, China 250.000


commit to user



Pabrik Lokasi Kapasitas

(ton/tahun)

Lukoil Neftochim Burgas, Bulgaria 28.000

Pemex Petrochemical Tula, Mexico 65.000

Petkim Aliaga, Turkey 92.000

PetroChina Lanzhou

Petrochemical Lanzhou, China 35.000

Qilu Petrochemical Zibo, China 40.000

Reliancesa Industries Baroda, India 42.000

Repsol YPF Tarragona, Spain 125.000

Saratovorgsintez Saratov, Russia 150.000

Sasol Chemical Industries Secunda, South Africa 75.000

Shanghai Petrocemical Jinshan, China 130.000

Shanghai Secco Petrochemical Caojing, China 260.000

Showa Denko Kawasaki, Japan 60.000

Sinopec Shanghai Gaoqiao

Petrochemical Pudong, China 8.000

Solutia Alvin, Texas, US 500.000

Sumitomo Chemical Niihama, Japan 60.000

(www.ICIS.com)

Dari Tabel 1.3 dapat diketahui bahwa kapasitas produksi minimal di dunia

adalah sebesar 8.000 ton/tahun. Sedangkan, kebutuhan acrylonitrile di dalam

negeri adalah sebesar 8.093,235 ton/tahun. Berdasarkan pertimbangan tersebut,

maka ditetapkan kapasitas prarancangan pabrik acrylonitrile yang akan didirikan

pada tahun 2017 sebesar 50.000 ton/tahun dengan alasan sebagai berikut :

a. Kapasitas produksi minimal pabrik acrylonitrile sebesar 8.000

ton/tahun.

http://www.icis.com/


commit to user



b. Dapat memenuhi kebutuhan acrylonitrile dalam negeri sehingga

mengurangi ketergantungan impor acrylonitrile.

c. Dapat mendorong berdirinya industri-industri lain yang menggunakan

acrylonitrile sebagai bahan baku.

d. Apabila terpenuhi kebutuhan dalam negeri, sisa produk dapat diekspor

sehingga menambah devisa negara.

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik

Pabrik acrylonitrile ini direncanakan didirikan di Cilegon, Jawa Barat. Peta

lokasi pabrik dapat dilihat pada Gambar 1.2.

Gambar 1.2 Peta Lokasi Pabrik Acrylonitrile


commit to user



Daerah ini dipilih sebagai lokasi berdirinya pabrik tersebut atas dasar

pertimbangan sebagai berikut :

1. Ketersediaan bahan baku

Bahan baku utama ethylene cyanohydrin diperoleh dari Kanto

Chemical co., Inc. yang berada di Taiwan sehingga dipilih lokasi yang

dekat dengan pelabuhan untuk mempermudah penyediaannya.

2. Pemasaran produk

Daerah Cilegon merupakan daerah yang tepat untuk daerah

pemasaran karena banyaknya industri kimia yang menggunakan bahan

baku acrylonitrile diantaranya :

a. Industri Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) dan Styrene

Acrylonitrile (SAN) yang diproduksi PT Arbe Styrindo Indonesia

b. Industri Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) yang diproduksi

PT ABS Industri Indonesia

Selain itu, daerah ini juga dekat dengan Pelabuhan Merak yang

memudahkan ekspor acrylonitrile ke industri - industri yang berada di

luar negeri, seperti :

a. Industri Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) Styrene

Acrylonitrile (SAN) yang diproduksi Bhansali Engineering

Polymers, Ltd. India

b. Industri Acrylic Fiber yang diproduksi Thai Acrylic Fibre Co., Ltd.

Thailand


commit to user



3. Ketersediaan tenaga kerja

Kawasan industri Cilegon dekat dengan daerah Jawa Barat dan

Jabotabek yang sarat dengan lembaga pendidikan formal maupun non

formal dimana banyak dihasilkan tenaga kerja ahli maupun non ahli

yang dapat menunjang proses produksi.

4. Ketersediaan air

Hal lain yang mendukung pemilihan lokasi pabrik di daerah

Cilegon ini adalah dekatnya sumber air. Untuk kebutuhan air

pendingin dan pemadam kebakaran diperoleh dari Selat Sunda,

sedangkan untuk kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi diperoleh

dari PT Krakatau Tirta Industri (PT KTI) yang berkapasitas sebesar

57.024.000 ton/tahun (kti.ac.id). Kedua sumber air ini digunakan untuk

memenuhi kebutuhan utama pekerja dan operasional pabrik.

5. Fasilitas transportasi

Transportasi sangat penting bagi suatu industri. Di Daerah

Cilegon tersedia sarana transportasi yang cukup memadai, baik darat

maupun laut untuk keperluan transportasi impor-ekspor sehingga

memudahkan pengangkutan bahan baku, bahan pembantu, dan produk.

1.4. Tinjauan Pustaka

1.4.1 Macam-macam Proses Pembuatan Acrylonitrile

Dalam pembuatan acrylonitrile, terdapat beberapa macam proses yang

dapat digunakan. Untuk menentukan pemilihan proses yang tepat, maka perlu

diketahui beberapa macam proses pembuatan acrylonitrile.


commit to user



1. Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin

Proses yang terjadi adalah dehidrasi dengan reaksi sebagai berikut :

HOCH2CH2C≡N CH2=CHC≡N + H2O

Pada proses ini, reaksi dijalankan dalam fase cair atau gas pada

tekanan atmosferis dan suhu 250 – 350oC dengan bantuan katalis

alumina. Produk keluaran reaktor dikondensasikan dan kemudian

dialirkan ke dekanter dimana campuran cairan yang terdiri dari

ethylene cyanohydrin, acrylonitrile, dan air terpisah menjadi dua layer.

Masing-masing layer tersebut akan dimurnikan di menara distilasi.

Hasil atas menara distilasi berupa acrylonitrile dengan kemurnian

99%. Sedangkan hasil bawahnya yang berupa ethylene cyanohydrin

dengan kemurnian 97% akan di recycle untuk diproses kembali.

(Faith Keyes, 1957)

2. Proses Acetylene

Reaksi yang terjadi adalah :

HC≡CH + HCN CH2=CHC≡N

Proses ini berlangsung pada suhu 70oC dan tekanan atmosferis dalam

fase gas dengan menggunakan bantuan katalis cuprous chloride

(CuCl2). Yield yang diperoleh sebesar 80% terhadap acetylene dan

90% - 95% terhadap hydrogen cyanide. Hasil gas keluaran reaktor

mengandung acrylonitrile, acetylene yang tidak bereaksi, 1 – 3%

HCN, dan sejumlah kecil berbagai macam produk samping seperti

Ethylene Cyanohydrin Acrylonitrile Air

Acrylonitrile Acetylene Hydrogen Cyanide

Yield 90%


commit to user



acetaldehyde, vinyl acetylene, divinyl acetylene, lactonitrile (dari

acetaldehyde dan HCN), vinyl chloride, cyanobutadiene, dan

chloroprene. Gas-gas ini dikontakkan dengan air dalam scrubber untuk

memisahkan acrylonitrile, hydrocyanide acid, dan beberapa produk

samping. Gas-gas yang telah dikontakkan kemudian direcycle ke reaktor,

sedangkan air yang mengandung 1,5% acrylonitrile didistilasi dengan

bantuan steam untuk menghasilkan acrylonitrile 80%. Crude acrylonitrile

ini difraksinasi secara bertingkat untuk menghasilkan acrylontrile 99%.

(Faith Keyes, 1957)

3. Proses Propylene Ammoxidation

Proses ini dikomersialkan oleh Sohio Company (BP Chemical) dan

disebut dengan proses Propylene Ammoxidation. Bahan baku berupa

propena, amoniak, dan udara diumpankan dengan rasio mol 1:1,2:10

ke dalam sebuah reaktor fluid-bed. Reaktor beroperasi pada suhu 400-

500oC dan tekanan 5-30 psig dengan waktu tinggal selama 10 detik

atau kurang. Konversi propena yang tinggi diperoleh secara single pass

sehingga tidak dibutuhkan recycle. Reaksi utama yang terjadi adalah :

CH2 = CHCH3 + NH3 + 3/2O2 CH2 = CHC≡N + 3H2O

(Nexant, Inc., 2006)

Acrylonitrile Propylene Amoniak Oksigen Air


commit to user



Tabel 1.4 Perbandingan Proses Dehidrasi Ethylene Cyanohydrin, Proses

Acetylene, dan Proses Propylene Ammoxidation

Proses Dehidrasi

Ethylene

Cyanohydrin

Proses Acetylene Proses Propylene

Ammoxidation

Kondisi Operasi

T : 250 – 350

oC

P : atmosferis

T : 70oC

P : atmosferis

T : 400-500oC

P : 5-30 psig

Yield 90% 80% - 95% 77%

Penyimpanan

bahan baku

Tidak diperlukan

penanganan

khusus

Perlu penanganan

khusus

Perlu serangkaian

sistem refrigerasi

Produk samping Tidak ada Ada ( acetaldehyde,

vinyl acetylene,

divinyl acetylene,

lactonitrile, dan lain-

lain )

Ada (HCN,

Acetonitrile,

Acroleine,

Succinic Nitrile,

dan uap air)

Proses

pemurnian

Sederhana Lebih banyak dan

rumit karena

banyaknya produk

samping

Lebih banyak dan

rumit karena

banyaknya

produk samping

Dengan melihat perbandingan ketiga proses diatas, maka pada

prarancangan pabrik acrylonitrile ini dipilih proses dehidrasi Ethylene

Cyanohydrin karena proses dan pemurniannya lebih sederhana serta menghasilkan

yield yang cukup tinggi.


commit to user



1.4.2. Kegunaan Produk

Kegunaan acrylonitrile secara umum adalah :

1. Bahan untuk membuat Acrylic Fiber

Acrylic Fiber adalah salah satu produk turunan dari acrylonitrile. Serat

ini banyak digunakan oleh pabrik-pabrik tekstil sebagai bahan baku

pembuatan karpet, sweater, dan baju olahraga.

2. Bahan untuk membuat Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) dan

Styrene Acrylonitrile (SAN)

ABS mengandung 25% acrylonitrile dan SAN mengandung 30%

acrylonitrile. ABS dan SAN biasa digunakan untuk bahan konstruksi

otomotif, mesin, dan alat-alat rumah tangga.

3. Bahan untuk membuat Nitrile Rubber

Nitrile Rubber digunakan untuk gasket dan bahan campuran PVC.

4. Bahan untuk membuat Adiponitrile yang digunakan untuk intermediet

pembuatan nilon.

5. Bahan untuk membuat acrylamide.

(Kirk dan Othmer, 1991)

Tabel 1.5 Persentase Konsumsi Acrylonitrile sebagai Bahan Baku

Produk Total Penggunaan Acrylonitrile (%)

Fibers 37,7

Resin ABS/SAN 17,1

Acrylamide 3,1

Resin 1,2


commit to user



Produk Total Penggunaan Acrylonitrile (%)

Adiponitrile 9,5

Nitrile Elastomers 2,9

Ekspor 21,3

(Environmental Protection Agency, 1984)

1.4.3 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku, Bahan Pembantu, dan

Produk

1.4.3.1 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku

Ethylene Cyanohydrin

a. Sifat fisis

Rumus molekul : C3H5NO

Berat molekul : 71,08 gram/mol

Titik didih normal : 228oC

Titik beku, 1 atm : -46,2oC

Berat jenis , 20oC : 1,059 kg/L

Kelarutan : dapat larut dalam air, aceton, metil

etil keton, etanol, dan tidak larut

dalam benzene, carbon dissulfite,

dan carbon tetra chloride

(Kirk & Othmer, 1993)

Viskositas, 25oC : 0,56 cp

Kelarutan dalam air, 20oC : 10 g/100 mL

Temperatur kritis : 417oC


commit to user



Tekanan kritis : 48,9 bar

ΔHof : -98.300 J/mol

ΔGof : -35.400 J/mol

(Carl L. Yaws, 1999)

b. Sifat kimia

Hidrolisis Ethylene Cyanohydrin membentuk asam akrilat


Bukan merupakan senyawa korosif

Bahaya yang ditimbulkan berupa iritasi mata dan kulit

(Material Safety Data Sheet, 2012)

1.4.3.2 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Pembantu

Alumina

a. Sifat Fisis

Rumus molekul : Al2O3

Berat molekul : 101,94 gr/gmol

Berat jenis , 20oC : 940 kg/m

3

Specific gravity : 3,99

Titik leleh, 1 atm : 1999 – 2032 oC

Titik didih normal : 2210 oC

Suhu kritis : 5062oC

Tekanan kritis : 1953 bar


commit to user



Kelarutan dalam 100 bagian air dingin : tidak larut

Kelarutan dalam 100 bagian air panas : tidak larut

(Perry, 1997)

b. Sifat kimia

Akan terurai menjadi γ aluminium oksida pada suhu sekitar 725 K

Akan terurai menjadi alpha, theta, delta aluminium oxide pada

suhu 575-625 K.


1.4.3.3 Sifat-sifat Fisis dan Kimia Produk

Acrylonitrile

a. Sifat fisis

Rumus molekul : C3H3N

Berat molekul : 53,06 g/gmol

Titik didih normal : 77,3oC

Titik beku, 1 atm : -83,5oC

Berat jenis , 20oC : 0,806 g/cm

3

Kelarutan dalam air, 20oC : 7,3 %wt

Temperatur kritis : 246oC

Tekanan kritis : 3,54 Mpa

Viskositas, 25oC : 0,34 cp



commit to user



ΔHof : 180.600 J/mol

ΔGof : 191.100 J/mol

(Carl L. Yaws, 1999)

b. Sifat kimia

Hidrasi dengan asam sulfat menjadi acrylamide sulfat dan dapat

berubah menjadi acrylamide dengan netralisasi basa.

Hidrolisis total menghasilkan asam akrilat

Hidrolisis parsial, acrylonitrile diubah menjadi acrylamide dengan

menggunakan katalis copper

Hidrogenasi dengan menggunakan katalis metal menghasilkan

propionitrile dan propylamine

Hidrodimerisasi menghasilkan adiponitrile


1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum

Pada prarancangan pabrik ini, dipilih pembuatan acrylonitrile dengan

proses dehidrasi ethylene cyanohydrin dalam fase gas. Bahan baku yang

sebelumya telah diberikan perlakuan awal dan disesuaikan kondisi operasinya

dialirkan ke dalam reaktor. Reaksi yang terjadi adalah

C3H5NO (g) C3H3N (g) + H2O (g)

Reaksi dehidrasi ini berlangsung pada suhu 250 – 350oC dan tekanan 1,3 atm

dengan bantuan katalis alumina. Gas hasil reaksi dikondensasikan dan dipisahkan


commit to user



dalam decanter untuk kemudian dilakukan proses pemurnian dalam menara

distilasi sehingga dihasilkan acrylonitrile dengan kemurnian 99% berat. Hasil

bawah menara distilasi yang berupa ethylene cyanohydrin akan dikembalikan ke

reaktor.


commit to user




commit to user


Bab II Deskripsi Proses

20

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pembantu, dan Produk

2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku

Ethylene Cyanohydrin

Rumus molekul : C3H5NO


Wujud : Cair

Kemurnian : 97%

Impuritas : 3% H2O

Kelarutan dalam air, 20oC : 10 g/100 mL

(Kanto Chemical co., Inc.)

2.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu

Alumina

Wujud : Padat

Bentuk : Bola

Ukuran diameter : 0,025 m

Densitas Partikel : 3 gr/ml

Densitas bulk : 1200-1500 kg/m3

(Pingxiang Global Chemical Packing Co., Ltd.)


commit to user


Bab II Deskripsi Proses | 21

2.1.3. Spesifikasi Produk

Acrylonitrile

Rumus molekul : C3H3N


Wujud : Cair

Kemurnian : 99 % min

Impuritas : 1% H2O

(alibaba.com)

2.2. Konsep Proses

2.2.1. Dasar Reaksi

Proses pembuatan acrylonitrile dari ethylene cyanohydrin merupakan

reaksi dehidrasi fase gas dengan katalis padat. Adapun reaksi pembuatan

acrylonitrile adalah :

C3H5NO (g) C3H3N (g) + H2O (g) ΔH298,15 K = 37100 Joule/mol

Reaksi dehidrasi berlangsung pada temperatur 280 – 251oC dan tekanan

1,3 atm dalam reaktor fixed bed multitube. Reaksi ini merupakan reaksi

endotermis sehingga diperlukan Dowtherm A sebagai media pemanas untuk

menjaga agar kondisi di dalam reaktor tetap berada dalam rentang temperatur

reaksi.

2.2.2. Mekanisme Reaksi

Reaksi katalitik antara reaktan ethylene cyanohydrin berfase gas dan

katalis padat Al2O3 berlangsung menurut mekanisme sebagai berikut :


commit to user



1. a. Difusi gas reaktan dari fase gas ke permukaan luar (interface)

katalis.

b. Difusi reaktan dari permukaan luar katalis melewati pori-pori ke

permukaan dalam pori katalis (difusi molekuler).

2. Adsorpsi reaktan pada permukaan dalam katalis.

3. Terjadi reaksi C3H5NO (g) C3H3N (g) + H2O (g)

4. Desorpsi hasil reaksi dari permukaan dalam katalis.

5. a. Difusi gas hasil reaksi dari permukaan dalam katalis ke permukaan

luar katalis.

b. Difusi gas hasil reaksi dari permukaan luar katalis (interface) ke fase

gas.

Pada mekanisme reaksi katalitik di atas, tahap adsorpsi dan desorpsi

berlangsung sangat cepat. Sedangkan reaksi pada permukaan katalis berlangsung

paling lambat sehingga kecepatan reaksi katalitik secara keseluruhan dikontrol

oleh reaksi permukaan. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut :


A B + C

1. Adsorpsi

A + S AS …………………………………… (1)

2. Reaksi Permukaan

AS BS + C ……………………………………… (2)

ks

k-AD

kAD

k-s


commit to user



3. Desorpsi

BS B + S ……………………………………… (3)

Dari persamaan (2)

rs = ks x CAS − k−s x Pc x CBS

Jika 𝐾𝑠 =𝑘𝑠

𝑘−𝑠 , maka :

rs = ks CAS −Pc x CBS

Ks ……………………………………… (4)

Dari persamaan (1)

rAD

kAD≈ 0 maka CAS = KAD x PA x Cv ..………………………………… (5)

Dari persamaan (2)

rD

kD≈ 0 maka CBS =

PB x Cv

KD ……………………...…………………… (6)

Substitusi persamaan (5) dan (6) ke persamaan (4)

rs = kS KAD x PA −PB x PC

KS x KD Cv

𝐾𝐵 = 1

𝐾𝐷

Jika 𝐾𝑃 =𝐾𝑆𝐾𝐴𝐷

𝐾𝐵 , maka :

rs = kSKAD PA −PB x PC

KP Cv

kD

k-D


commit to user



Site balance

Ct=Cv+ CAS+CBS=1

Ct=Cv+KADPACV+PBCV

KD

Ct=Cv 1 +KADPA +KBPB

CV=Ct

1 +KADPA +KBPB

rs= kSKAD PA-

PBPC

KP Ct

1 + KADPA +KBPB

PB = PC = 0

rs= kSKADCt PA

1 + KADPA

𝑘𝑠𝐾𝐴𝐷𝐶𝑡= k dan PA ≪≪ , KADPA ≪≪

rs= 𝑘 𝑃𝐴 untuk gas PA ≈ CA

Maka rs= 𝑘 𝐶𝐴

Dengan :

CA = konsentrasi ethylene cyaohydrin

CAS = konsentrasi ethylene cyaohydrin yang telah teradsorpsi di permukaan

katalis

CBS = konsentrasi acrylonitrile yang telah teradsorpsi di permukaan katalis

Cv = konsentrasi permukaan katalis yang masih kosong

Ct = konsentrasi total di permukaan katalis (Ct = Cv + CAS + CBS)

k = konstanta kecepatan reaksi


commit to user



kAD = konstanta kecepatan reaksi adsorpsi ke arah produk

k-AD = konstanta kecepatan reaksi adsorpsi ke arah reaktan

ks = konstanta kecepatan reaksi permukaan ke arah produk

k-s = konstanta kecepatan reaksi permukaan ke arah reaktan

kD = konstanta kecepatan reaksi desorpsi ke arah produk

k-D = konstanta kecepatan reaksi desorpsi ke arah reaktan

KAD = kostanta kesetimbangan reaksi adsorpsi

KS = kostanta kesetimbangan reaksi permukaan

KD = kostanta kesetimbangan reaksi desorpsi

KB = kostanta kesetimbangan reaksi adsorpsi acrylonitrile

PA = tekanan parsial ethylene cyanohydrin

PB = tekanan parsial acrylonitrile

PC = tekanan parsial air

(Fogler, 1999)

2.2.3. Kondisi Operasi

Kondisi operasi sangat menentukan jalannya proses untuk menghasilkan

produk. Pada prarancangan pabrik ini dipilih kondisi operasi sebagai berikut :

Suhu : 280 – 251 oC

Tekanan : 1,3 atm

Fase reaksi : gas

Katalis : Al2O3


commit to user



2.2.4. Tinjauan Kinetika

Menurut National Institute of Standards and Technology (NIST), reaksi

dehidrasi ethylene cyanohydrin termasuk reaksi orde 1. Dari segi kinetika,

kecepatan reaksi dehidrasi ethylene cyanohydrin akan bertambah cepat dengan

naiknya temperatur. Berdasarkan persamaan Arhenius :

𝑘 = 𝐴𝑒−𝐸/𝑅𝑇

Dimana :

k = konstanta kecepatan reaksi

A = faktor frekuensi tumbukan

E = energi aktivasi

R = konstanta gas (1,987 kal/mol K)

T = temperatur operasi (K) = 250oC – 350

oC

Harga konstanta kecepatan reaksi kimia adalah sebagai berikut :

Reaksi :


Konstanta kecepatan reaksi :

k = 1,789 x 102 exp (-2747,3534 / RT)

(National Institute of Standards and Technology)

2.2.5. Tinjauan Termodinamika

Reaksi pembuatan acrylonitrile merupakan reaksi endotermis, hal ini

dapat ditinjau dari ΔH reaksi (298,15 K) di bawah ini :

k


commit to user




Komponen ΔHof (Joule/mol) ΔG

of (Joule/mol)

C3H5NO -98.300 -35.400

C3H3N 180.600 191.100

H2O -241.800 -228.600

(Yaws, 1999)

ΔHor = ΔH

of produk - ΔH

of reaktan

= (180.600 + (-241.800)) - (-98.300) Joule/mol

= -61.200- (-98.300) Joule/mol

= 37.100 Joule/mol

Dari perhitungan di atas, terlihat bahwa ΔHor bernilai 37.100 Joule/mol

sehingga reaksi pembuatan acrylonitrile bersifat endotermis (reaksi yang

membutuhkan panas) sehingga nantinya diperlukan media pemanas.

∆H553,15 pada suhu reaksi 280oC (553,15 K) adalah :

dH = Cp.dT

∆H553,15 = 553,15K

298,15K

dT Cp

∆H553,15 = [ ∑ Cp produk - ∑ Cp reaktan ] dT

∆H553,15 = 29.036,3088 J/mol – 36.174,6934 J/mol

∆H553,15 = -7.138,3846 J/mol

∆H = ΔHor + ∆H553,15

= [37.100 + (-7.138,3846)] J/mol

= 29.961,6154 J/mol


commit to user



ΔGor = ΔG

of produk - ΔG

of reaktan

= (191.100 + (-228.600)) - (-35.400) Joule/mol

= -37.500 - (-35.400) Joule/mol

= -2.100 Joule/mol

Dari Perhitungan di atas, terlihat bahwa ΔGor bernilai -2.100 Joule/mol

sehingga reaksi pembuatan acrylonitrile dapat berlangsung.

Perhitungan untuk nilai konstanta kesetimbangan pada keadaan standar

(298,15 K) adalah :

ΔGor = -RT ln K

ln K = ∆𝐺𝑜

𝑟

RT

ln K = −2.100 Joule/mol

8,314 Joule/mol.K x 298,15 K

K298,15 = 2,333

(Smith & Van Ness, 1987)

Dari nilai konstanta kesetimbangan pada keadaan standar tersebut, dapat

dihitung nilai konstanta kesetimbangan reaksi pada 553,15 K. Berdasarkan

persamaan Van Hoff dimana :

𝑑 ln𝐾

𝑑𝑇 =

∆𝐻𝑜𝑟

RT2

Dengan ΔHor = 37.100 Joule/mol

ΔGor = -2.100 Joule/mol

R = 8,314 Joule/mol.K


commit to user



lnK

K298,15 = −

∆𝐻𝑜𝑟

R 1

T−

1

To

lnK

2,333 = −

37.100 Joule/mol

8,314 Joule/mol.K

1

553,15 K−

1

298,15 𝐾

K553,15 = 345,52

(Smith & Van Ness, 1987)

Dengan :

∆𝐻𝑜𝑟 = Entalpi reaksi pada 298,15 K, Joule/mol

∆H553,15 = Entalpi reaksi pada 553,15 K, Joule/mol

ΔGor = Energi Bebas Gibbs pada 298,15 K, Joule/mol

R = Konstanta Gas Ideal, Joule/mol.K

K298,15 = Konstanta kesetimbangan reaksi pada 298,15 K

K553,15 K = Konstanta kesetimbangan reaksi pada 553,15 K

Dari perhitungan di atas, didapatkan harga K = 345,52. Karena harga K

yang besar, maka reaksi tersebut adalah reaksi searah (irreversibel) ke arah

produk.

2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses

2.3.1. Diagram Alir Proses

Diagram alir ada tiga macam, yaitu :

a. Diagram alir proses (Terlampir)

b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.1)

c. Diagram alir kuantitatif (Gambar 2.2)


commit to user


Bab II Deskripsi Proses

30

VP-01

R-01

CD-01 D-01

MD-01 MD-02 MD-03

Tee-03

HE-01

Tee-02

F3

C3H5O

H2O

P = 1,3 atm

T = 49oC

F4

C3H5O

H2O

P = 1,3 atm

T = 86,83oC

F5

C3H5O

H2O

P = 1,3 atm

T = 226,993 oC

F6

C3H5O

H2O

P = 1,3 atm

T = 280 oC

F7

C3H5ON

C3H3N

H2O

P = 1,2 atm

T = 251 oC

F8

C3H5ON

C3H3N

H2O

P = 1,2 atm

T = 96,048oC

F9

C3H3N

H2O

P = 1,2 atm

T = 96,048oC

F10

C3H5ON

C3H3N

H2O

P = 1,2 atm

T = 96,048oC

F11

C3H3N

H2O

P = 1,2 atm

T = 84,19oC

F12

C3H3N

H2O

P = 1,2 atm

T = 108,95oC

F13

C3H3N

H2O

P = 1,2 atm

T = 84,19oC

F14

C3H5ON

C3H3N

H2O

P = 1,2 atm

T = 111,84oC

F16

C3H3N

H2O

P = 1,2 atm

T = 84,19 oC

F17

Produk Acrylonitrile 99%

C3H3N

H2O

P = 1 atm

T = 35oC

F15

C3H5ON

C3H3N

H2O

P = 1 atm

T = 100,04oC

F2

C3H5ON

H2O

P = 1 atm

T = 172,91oC

Tee-01

F1

C3H5O

H2O

P = 1 atm

T = 35oC

Ke UPL

Ke

UPL

Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif


commit to user



VP-01

R-01

CD-01 D-01

MD-01 MD-02 MD-03

F3

C3H5ON = 9325,6261 kg/jam

H2O = 288,4214 kg/jam

9614,0475 kg/jam

F5

C3H5ON = 2331,4065 kg/jam

H2O = 72,1054 kg/jam

2403,5119 kg/jam

F4

C3H5ON = 11657,0326 kg/jam

H2O = 360,5268 kg jam

12017,5593 kg/jam

F8

C3H5ON = 932,5626 kg/jam

C3H3N = 6265,9352 kg/jam

H2O = 2415,5496 kg/jam

9614,0475 kg/jam

F10

C3H5ON = 932,5626 kg/jam

C3H3N = 175,1273 kg/jam

H2O = 2227,5716 kg/jam

3335,2615 kg/jam

F9

C3H3N = 6090,8079 kg/jam

H2O = 187,9781 kg/jam

6278,7860 kg/jam

F11

C3H3N = 6090,7446 kg/jam

H2O = 61,5227 kg/jam

6152,2673 kg/jam

F13

C3H3N = 159,2554 kg/jam

H2O = 1,6086 kg/jam

160,8640 kg/jam

F14

C3H5ON = 932,5626 kg/jam

C3H3N = 15,8720 kg/jam

H2O = 2225,9629 kg/jam

3174,3975 kg/jam

F15

C3H5ON = 27,9769 kg/jam

C3H3N = 15,8720 kg/jam

H2O = 2197,9861 kg/jam

2241,8349 kg/jam

F17

Produk Acrylonitrile

C3H3N = 6250 kg/jam

H2O = 63,1313 kg/jam

6313,1313 kg/jam

F6

C3H5ON = 9325,6261 kg/jam

H2O = 288,4214 kg/jam

9614,0475 kg/jam

F12

C3H3N = 0,0633 kg/jam

H2O = 126,4554 kg/jam

126,5186 kg/jam

Tee-03

HE-01

Tee-02Tee-01

F7

C3H5ON = 932,5626 kg/jam

C3H3N = 6265,9352 kg/jam

H2O = 2415,5496 kg/jam

9614,0475 kg/jam

F16

C3H3N = 6250 kg/jam

H2O = 63,1313 kg/jam

6313,1313 kg/jam

F2

C3H5ON = 904,5857 kg/jam

H2O = 27,9769 kg/jam

932,5626 kg/jam

F1

C3H5ON = 8421,0404 kg/jam

H2O = 260,4445 kg/jam

8681,4849 kg/jam Ke UPL

Ke UPL

Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif


commit to user



2.3.2 Tahapan Proses

Proses pembuatan acrylonitrile dengan menggunakan bahan baku ethylene

cyanohydrin secara garis besar dibagi menjadi 3 tahap, yaitu :

1. Tahap Persiapan Bahan Baku

Persiapan bahan baku ini dimaksudkan untuk mengubah fase

ethylene cyanohydrin dari fase cair menjadi fase gas. Ethylene

cyanohydrin ini disimpan pada temperatur kamar, 35oC dan tekanan 1

atm dalam tangki (T-01) dengan komposisi ethylene cyanohydrin adalah

97% dan 3% air.

Cairan ethylene cyanohydrin dari tangki (T-01) dialirkan ke

vaporizer (VP-01) untuk diuapkan dengan saturated steam sebagai media

pemanas. Hasil keluaran vaporizer yang berupa uap ethylene cyanohydrin

bersuhu 280oC dialirkan ke reaktor (R-01), sedangkan yang berupa cairan

direcycle untuk diuapkan kembali di vaporizer (VP-01).

2. Tahap Pembentukan Produk

Ethylene cyanohydrin hasil penguapan di Vaporizer (VP-01)

dialirkan ke reaktor untuk proses dehidrasi. Proses dehidrasi

dimaksudkan untuk menghasilkan acrylonitrile. Proses ini berlangsung

pada suhu 280oC dan tekanan 1,3 atm dalam reaktor fixed bed multitube

(R-01) dengan bantuan katalis Al2O3. Reaksi dehidrasi berlangsung di

dalam tube reaktor dan pada sisi shell dialiri Dowtherm A sebagai media

pemanas. Gas hasil reaksi yang terdiri dari sisa ethylene cyanohydrin,

acrylonitrile, dan air keluar dari reaktor (R-01) pada suhu 250,94oC


commit to user



dengan tekanan 1,2 atm. Kemudian, hasil keluaran reaktor diubah fasenya

menjadi fase cair di condenser (CD-01) dan diturunkan suhunya sampai

96,05oC dengan menggunakan air laut sebagai media pendingin.

3. Tahap Pemisahan dan Pemurnian Produk

Tahap pemisahan dan pemurnian produk terdiri dari :

a. Proses Pemisahan Fraksi Berat dan Fraksi Ringan

Hasil kondensasi di condenser (CD-01) dipompa menuju

decanter (D-01) untuk memisahkan fraksi berat dan fraksi ringannya.

Hasil atas decanter (D-01) berupa acrylonitrile dan air dengan suhu

96,05oC dan tekanan 1,2 atm dialirkan ke menara distilasi 1 (MD-01).

Sedangkan hasil bawah decanter (D-01) yang berupa acrylonitrile,

ethylene cyanohydrin, dan air dipompa ke menara distilasi 2 (MD-

02).

b. Proses Distilasi

Menara Distilasi 1 (MD-01) dimaksudkan untuk memisahkan

acrylonitrile dari air. Larutan umpan yang berasal dari hasil atas

decanter (D-01) pada suhu 96,05oC dan tekanan 1,2 atm masuk ke

menara distilasi 1 (MD-01) pada plate ke 2. Hasil atas MD-01 adalah

99% acrylonitrile dan 1% air, akan dikondensasikan di condenser 2

(CD-02) sampai suhu 84,19oC. Dari CD-02 di pompa ke accumulator

1 (Acc-01), kemudian dipompa untuk sebagian dijadikan refluks.

Sedangkan, sisanya akan dialirkan ke tangki penyimpanan

acrylonitrile (T-02). Hasil bawah MD-01 yang sebagian besar terdiri


commit to user



dari air dan sedikit acrylonitrile akan dialirkan ke unit pengolahan

limbah.

Menara Distilasi 2 (MD-02) dimaksudkan untuk memisahkan

acrylonitrile dari hasil bawah decanter (D-01) yang berupa campuran

acrylonitrile, ethyene cyanohydrin, dan air. Larutan umpan pada suhu

96,05oC dan tekanan 1,2 atm masuk pada bagian tengah menara

distilasi (MD-02). Hasil atas yang diperoleh adalah acrylonitrile dan

air pada suhu 84,80oC dan tekanan 1,2 atm, dengan kandungan

acrylonitrile 99%. Hasil atas ini dikondensasikan sampai suhu

84,19oC dalam condenser 3 (CD-03) yang kemudian digabungkan

dengan hasil atas MD-01 untuk dialirkan ke tangki penyimpanan

acrylonitrile (T-02). Sedangkan hasil bawah MD-02 yang berupa

acrylonitrile, ethylene cyanohydrin, dan air pada suhu 111,84oC dan

tekanan 1,2 atm dialirkan ke MD-03. Menara distilasi 3 (MD-03)

dimaksudkan untuk mengambil ethylene cyanohydrin dengan kadar

97% yang merupakan bottom product agar dapat digunakan kembali

sebagai bahan baku. Sedangkan hasil atas menara distilasi 3 (MD-03)

berupa uap air dan sedikit acrylonitrile akan dialirkan ke unit

pengolahan limbah sebelum dibuang ke lingkungan.


commit to user



2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas

2.4.1. Neraca Massa

Produk : Acrylonitrile 99%

Kapasitas : 50.000 Ton/tahun

Satu tahun produksi : 330 hari

Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : Kg/jam

2.4.2. Neraca Massa Total

Tabel 2.1 Neraca Massa Total

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

F1 F12 F15 F17

C3H5NO 8421,0403 0 27,9769 0

C3H3N 0 0,0633 15,8720 6250

H2O 260,4445 126,4554 2197,9861 63,1313

Total 8681,4849

126,5187 2241,835 6313,1313

8681,4849


commit to user



2.4.3. Neraca Massa Alat

a. Tee 1

Tabel 2.2 Neraca Massa Tee 1

Komponen

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

F1 F2 F3

C3H5NO 8421,0403 904,5857 9325,6261

C3H3N 0 0 0

H2O 260,4445 27,9769 288,4214

Total

8681,4849 932,5626

9614,0475

9614,0475

b. Tee 2


Komponen


F3 F5 F4

C3H5NO 9325,6261 2331,4065 11657,0326

C3H3N 0 0 0

H2O 288,4214 72,1054 360,5268

Total

9614,0475 2403,5119

12017,5593

12017,5593


commit to user



c. Vaporizer (VP-01)

Tabel 2.4 Neraca Massa Vaporizer (VP-01)

Komponen


F4 Uap (F6) Cair (F5)

C3H5NO 11657,0326 9325,6261 2331,4065

C3H3N 0 0 0

H2O 360,5268 288,4214 72,1054

Total 12017,5593

9614,0475 2403,5119

12017,5593

d. Reaktor (R-01)

Tabel 2.5 Neraca Massa Reaktor (R-01)

Komponen


F6 F7

C3H5NO 9325,6261 932,5626

C3H3N 0 6265,9352

H2O 288,4214 2415,5496

Total 9614,0475 9614,0475


commit to user



e. Condenser (CD-01)

Tabel 2.6 Neraca Massa Condenser (CD-01)

Komponen


F7 F8

C3H5NO 932,5626 932,5626

C3H3N 6265,9352 6265,9352

H2O 2415,5496 2415,5496

Total 9614,0475 9614,0475

f. Decanter (D-01)

Tabel 2.7 Neraca Massa Decanter (D-01)

Komponen


F8 F9 F10

C3H5NO 932,5626 0 932,5626

C3H3N 6265,9352 6090,8079 175,1273

H2O 2415,5496 187,9781 2227,5716

Total 9614,0475

62787860 3335,2615

9614,0475


commit to user



g. Menara Distilasi 1 (MD-01)

Tabel 2.8 Neraca Massa Menara Distilasi 1 (MD-01)

Komponen


F9 Distilat (F11) Bottom (F12)

C3H5NO 0 0 0

C3H3N 6090,8079 6090,7446 0,0633

H2O 187,9781 61,5227 126,4554

Total

6278,7860

6152,2673 126,5186

6278,7860

h. Menara Distilasi 2 (MD-02)


Komponen



C3H5NO 932,5626 0 932,5626

C3H3N 175,1273 159,2554 15,8720

H2O 2227,5716 1,6086 2225,9629

Total

3335,2615

160,8640 3174,3975

3335,2615


commit to user



i. Menara Distilasi 3 (MD-03)


Komponen



C3H5NO 932,5626 27,9769 904,5857

C3H3N 15,8720 15,8720 0

H2O 2225,9629 2197,9861 27,9769

Total

3174,3975

2241,8349 932,5626

3174,3975

j. Tee 3


Komponen


F11 F13 F16

C3H5NO 0 0 0

C3H3N 6090,7446 159,2554 6250

H2O 61,5227 1,6086 63,1313

Total

6152,2673 160,8640

6313,1313 6313,1313


commit to user



k. Heat Exchanger (HE-01)

Tabel 2.12 Neraca Massa Heat Exchanger (HE-01)

Komponen


F16 F17

C3H5NO 0 0

C3H3N 6250 6250

H2O 63,1313 63,1313

Total 6313,1313 6313,1313

2.4.4. Neraca Panas

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kJ

a. Neraca Panas di Sekitar Tee 1

Tabel 2.13 Neraca Panas di Sekitar Tee 1

Komponen

Qin (kJ) Qout (kJ)

F1 F2 F3

C3H5NO 239602,2939 400839,2655 639956,2829

C3H3N - - -

H2O 10889,7901 17532,1401 28907,2067

Jumlah 250492,0840 418371,4056 668863,4896

Total 668863,4896 668863,4896


commit to user



b. Neraca Panas di Sekitar Tee 2


Komponen

Qin (kJ) Qout (kJ)

F3 F5 F4

C3H5NO 639956,2829 1450220,9944 2089018,7717

C3H3N - - -

H2O 28907,2067 62854,0942 92919,8065

Jumlah 668863,4896 1513075,0886 2181938,5781

Total 2181938,5781 2181938,5781

c. Neraca Panas di Sekitar Vaporizer (VP-01)

Tabel 2.15 Neraca Panas di Sekitar Vaporizer (VP-01)

Komponen

Qin (kJ) Qout (kJ)

F4 F6 F5

C3H5NO 2089018,7717 10601802,2708 1450220,9944

C3H3N 0 0 0

H2O 92919,8065 589751,2977 62854,0942

Q steam 10522690,0790 - -

Jumlah

12704628,6571

11191553,5685

1513075,0886

Total 12704628,6571 12704628,6571


commit to user



d. Neraca Panas di Sekitar Reaktor (R-01)

Tabel 2.16 Neraca Panas di Sekitar Reaktor (R-01)

Komponen

Qin (kJ) Qout (kJ)

F6 F7

C3H5NO 3589451,1131 311679,0526

C3H3N - 2078193,2652

H2O 141155,5944 1044773,3957

Q reaksi - 4380864,5722

Q pemanas 4084903,5782 -

Total 7815510,2858 7815510,2858

e. Neraca Panas di Sekitar Condenser (CD-01)

Tabel 2.17 Neraca Panas di Sekitar Condenser (CD-01)

Komponen

Qin (kJ) Qout (kJ)

F7 F8

C3H5NO 312699,2817 192700,8882

C3H3N 2081890,7429 961896,2459

H2O 1049773,1537 715607,1832

Qc (Beban condenser) - 8046377,1117

Total

9916581,4291 9916581,4291


commit to user



f. Neraca Panas di sekitar Menara Distilasi 1 (MD-01)

Tabel 2.18 Neraca Panas di Sekitar Menara Distilasi 1 (MD-01)

Komponen

Qin (kJ) Qout (kJ)

F9 F11 F12

C3H5NO - - -

C3H3N 787602,42 771439,00 11,61

H2O 47312,37 15181,62 44292,15

Jumlah 834914,79 786620,62 44303,76

830924,38

Reboiler 9687530,95 -

Kondenser - 9691521,36

Total 10522445,74 10522445,74

g. Neraca Panas di sekitar Menara Distilasi 2 (MD-02)


Komponen

Qin (kJ) Qout (kJ)

F10 F13 F14

C3H5NO 226273,33 - 236920,63

C3H3N 31761,45 20169,31 3020,06

H2O 771930,57 396,93 806756,76

Jumlah 1029965,35 20566,24 1046697,45

1067263,69

Reboiler 368407,71 -


commit to user



Komponen

Qin (kJ) Qout (kJ)

F10 F13 F14

Kondenser - 331109,37

Total 1398373,06 1398373,06

h. Neraca Panas di sekitar Menara Distilasi 3 (MD-03)


Komponen

Qin (kJ) Qout (kJ)

F14 F15 F2

C3H5NO 221723,86 6115,08 400839,27

C3H3N 2818,41 2582,58 -

H2O 756,260.35 687838,30 17532,14

Jumlah 980802,62 696535,96 418371,41

1114907,36

Reboiler 10893777,59 -

Kondenser - 10759672,82

Total 11874580,20 11874580,20


commit to user



i. Neraca Panas di Sekitar Tee 3


Komponen

Qin (kJ) Qout (kJ)

F11 F13 F16

C3H5NO - - -

C3H3N 771439,001 20169,3142 791608,315

H2O 15181,622 396,9257 15578,547

Jumlah 786620,622 20566,2399 807186,862

Total 807186,862 807186,862

j. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger (HE-01)

Tabel 2.22 Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger (HE-01)

Komponen

Qin (kJ) Qout (kJ)

F16 F17

C3H5NO - -

C3H3N 791608,315 194138,8763

H2O 15578,547 3958,9177

Qc (Beban cooler) - 609089,0681

Total

807186,862 807186,862


commit to user



2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan

2.5.1 Lay out pabrik

Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari

seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik, Tata letak yang tepat sangat penting

untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan kerja dan proses, serta kelancaran kerja

para pekerja, Tata letak pabrik acrylonitrile dapat dilihat pada Gambar 2,3,

Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu :

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

Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran

operasi, Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses,

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

b. Daerah proses

Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung,

c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk,

Merupakan daerah untuk tangki bahan baku dan produk,

d. Daerah gudang, bengkel, dan garasi

Merupakan daerah 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,

(Vilbrant, 1959)


commit to user



Skala 1:500

Kantin

Po

liklin

ik

Pos

Kantor PusatKantor

Produksi

Bengkel

MessMasjid

Fire StationGudang

Pintu Darurat

Parkir

Kantor UtilitasRuang

GeneratorLaboratorium

Control Room

Utilitas

UPL

Jalan

Proses

Safety

Garasi

Area Perluasan Area Perluasan

Pos Keamanan

Gambar 2,3 Lay Out Pabrik Acrylonitrile


commit to user



2.5.2 Lay out peralatan

Lay out peralatan pada pabrik acrylonitrile dapat dilihat pada Gambar 2,4,

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses

pada pabrik acrylonitrile, antara lain :

1. Aliran bahan baku dan produk

2. Aliran udara

3. Pencahayaan

4. Lalu lintas manusia

5. Pertimbangan ekonomi

6. Jarak antar alat proses

(Vilbrant, 1959)


commit to user



T-01

T-02

SKALA 1:200Keterangan :

T-01 : Tangki Penyimpanan Ethylene Cyanohydrin MD-03 : Menara Distilasi III

T-02 : Tangki Penyimpanan Acrylonitrile CD-02 : Condenser-02

VP-01 : Vaporizer-01 CD-03 : Condenser-03

R-01 : Reaktor-01 CD-04 : Condenser-04

D-01 : Decanter-01 RB-01 : Reboiler-01

MD-01 : Menara Distilasi I RB-02 : Reboiler-02

MD-02 : Menara Distilasi II RB-03 : Reboiler-03

CD

-03

CD

-02

VP-01

D-01

R-01

RB

-02

MD-02

CD-04

MD-03RB

-03

MD-01 RB

-01

Gambar 2,4 Lay Out Peralatan Proses


commit to user



prarancangan pabrik acrylonitrile dengan …...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to...

Documents