Modul Pik Tk

1

KATA PENGANTAR

Membaca dengan seksama Modul Matakuliah Proses Industri Kimia Jurusan

Teknik Kimia Politeknik Negeri Samarinda ini, sesungguhnya kita diajak untuk

memikirkan dunia pendidikan kita, dimana harus mampu berperan aktif menyiapkan

sumberdaya manusia terdidik yang mampu menghadapi berbagai tantangan

kehidupan, dimana para mahasiswa diharapkan mampu memecahkan berbagai

persoalan yang dihadapi dalam dunia Industri.

Modul ini memberikan kepada mahasiswa pengetahuan yang berkaitan

dengan Proses Industri Kimia sehingga para alumni Jurusan Teknik Kimia Politeknik

Negeri Samarinda memiliki bekal teori untuk terjun pada dunia nyata yang terkait

dengan proses industri kimia.

Akhirnya mudah-mudahan Modul Matakuliah Proses Industri Kimia ini

bermanfaat bagi para mahasiswa di lingkungan Jurusan Teknik Kimia Politeknik

Negeri Samarinda

Samarinda, Agustus 2009

Penyusun

2

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ………………………………………………………….. 1

DAFTAR ISI …………………………………………………………………… 2

DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………….. 4

GARIS-GARIS BESAR PROGRAM PENGAJARAN (GBPP) ……………… 5

KOMPONEN PENILAIAN …………………………………………………… 8

BAB 1 PENGANTAR PERKULIAHAN PROSES INDUSTRI KIMIA ........... 9

1.1 Pendahuluan ………………………………………………………… 9

1.2. Pengertian Industri Kimia ………………………………………….. 15

1.3. Unit–Unit Proses Produksi ………………………………………… 18

BAB 2 INDUSTRI KIMIA DAN PERKEMBANGANNYA DI INDONESIA... 21

2.1. Pendahuluan ………………………………………………………… 21

2.2. Definisi Industri ……………………………………………………. 21

2.3. Strategi Pembangunan Industri Kimia di Indonesia ........................... 21

BAB 3 UNIT OPERASI DAN PERALATAN INDUSTRI KIMIA .......... 23

3.1. Pendahuluan ………………………………………………………… 23

3.2. Unit operasi dalam industri kimia ………………………………….. 25

3.3 Simbol-simbol peralatan dalam industri kimia ……………………… 90

BAB 4 INDUSTRI PENCAIRAN GAS ALAM ………………………………. 91

4.1. Pendahuluan ………………………………………………………... 91

4.2. Komposisi dan Sifat Gas Alam ……………………………………. 91

3

BAB 5 INDUSTRI GULA PASIR ……………………………………………. 94

5.1. Sumber Gula ……………………………………………………… 94

5.2 Nira ………………………………………………………………. 96

5.3. Proses Pembuatan Gula …………………………………………. 98

5.4. Flow Sheet Pembuatan Gula Pasir Dengan Proses Sulfitasi ……. 102

5.5. Uraian Proses ………………………………………………………….. 104

BAB 6 INDUSTRI PUPUK UREA ……………………………………………. 106

6.1. Pendahuluan ………………………………………………………… 106

6.2. Proses Pembuatan Amoniak ……………………………………….. 106

6.3. Tahapan Proses ……………………………………………………. 108

6.4. Proses Pembuatan Urea ……………………………………………. 109

BAB 7 INDUSTRI PENGILANGAN MINYAK BUMI...................................... 110

7.1. Pendahuluan ………………………………………………………… 110

7.2. Komposisi Minyak Bumi …………………………………………… 110

7.3. Produk-Produk Minyak Bumi ………………………………………. 112

7.4. Proses-Proses Kimia ………………………………………………. 113

SOAL DAN PENYELESAIANNYA …………………………………………… 115

DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………… 121

4

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Skema umum proses dalam industri kimia ………………………. 10

Gambar 1.2 Pola alir dalam reaktor untuk sistim 2 fasa ……………………… 12

Gambar 3.1 Berbagai type reaktor gas cair …………………………………… 33

Gambar 3.2 Berbagai macam pola kontak dalam reaktor gas cair ……………. 33

Gambar 3.3 Proses Ekstraksi Sederhana ……………………………………… 36

Gambar 3.4 Proses Ekstraksi Edeleanu ……………………………………….. 38

Gambar 3.5 Proses Ekstraksi Furfural ………………………………………… 38

Gambar 3.6 Proses Ekstraksi Udex …………………………………………… 40

Gambar 3.7 Proses Ekstraksi Propane Deasphalting ………………………….. 40

Gambar 3.8 Proses Distilasi Ekstrak-tif ……………………………………….. 42

Gambar 3.9 Amine Process ……………………………………………………. 47

Gambar 3.10 Sistem Adsorpsi ………………………………………………...... 57

Gambar 3.11 Regenerasi Adsorbent ……………………………………………. 57

5

GARIS-GARIS BESAR PROGRAM PENGAJARAN

Mata Kuliah : Proses Industri Kimia

Kode/Bobot SKS : PTK-121/3 SKS

Deskripsi MK : Syarat Mengikuti Matakuliah PIK Telah Menyelesaikan ATK & Peralatan Industri Kimia

TIU : Mahasiswa Dapat Memahami Proses-proses yang terjadi pada Industri Kimia.

No.Topik

Tujuan Pengajaran(TIK)

Pokok Bahasan Sub Pokok BahasanEstimasiWaktu

MetodePembelajaran

Mediapembelajaran

Referensi

1 1. Mahasiswa mampumenjelaskan pengertianindustri kimia danperanannya

2. Mahasiswa mampumenjelaskan proses-prosesproduksi di dalam industrikimia

3. Mahasiswa mampumenjelaskan macam-macamunit proses produksi padaindustri kimia

4. Mahasiswa mampumenjelaskan tugas danfungsi unit-unit prosesproduksi industri kimia

PENGANTARPERKULIAHANPROSESINDUSTRIKIMIA

1.1 Pendahuluan1.2 Pengertian Industri Kimia1.3 Unit–Unit Proses Produksi

135 menit CeramahDiskusiContohPresentasiLatihan SoalTugas Mandiri

Papan TulisLCD

Modul Ajar

2 1. Mahasiswa mampumenjelaskan definisiindustri.

2. Mahasiswa mampumenjelaskan peran industrikimia dalampengubahan/pengolahansumber alam.

INDUSTRIKIMIA DANPERKEMBANGANNYA DIINDONESIA

2.1 Pendahuluan2.2 Definisi Industri2.3 Strategi Pembangunan

Industri Kimia di Indonesia.


Papan TulisLCD

Modul Ajar

6

No.Topik


POKOKBAHASAN

Sub Pokok BahasanEstimasiWaktu

MetodePembelajaran

Mediapembelajaran

Referensi

3 1. Mahasiswa mampumenjelaskan bagaimanaseleksi alat dan bahan yangbaik dan tepat dalam suatuindustri kimia

2. Mahasiswa mampumenjelaskan jenis-jenis alatyang digunakan dalamindustri kimia

3. Mahasiswa mampumenjelaskan pengertianperalatan dan sistemperalatan dalam industrikimia

4. Mahasiswa mampumenjelaskan jenis-jenisbahan yang digunakandalam industri kimia

5. Mahasiswa mampumenjelaskan Simbol-simbolperalatan dalam industrikimia

UNIT OPERASIDANPERALATANINDUSTRIKIMIA

3.1 Pendahuluan3.2 Unit operasi dalam industri

kimiaa. Peralatan pada unit

persiapan bahan baku.b. Peralatan pada unit

sintesa.c. Peralatan pada unit

finising.d. Pompae. Bejanaf. Kompresorg. Reaktor Gas – Cairh. Ekstraksii. Absorpsij. Hydrogen Sulfide

Removalk. Carbon Dioxide

Removall. Adsorpsim. Alat Penukar Panasn. Simbol-simbol peralatan

dalam industri kimia


Papan TulisLCD

Modul Ajar

4 1. Mahasiswa mampumenjelaskan kegunaan LNG

2. Mahasiswa mampumenjelaskan KomposisisLNG

3. Mahasiswa mampumenjelaskan prosespembuatan LNG

INDUSTRIPENCAIRANGAS ALAM

1. Pendahuluan2. Komposisi dan Sifat Gas

Alam3. mengetahui proses pembuatan

LNG


Papan TulisLCD

Modul Ajar

7

No.Topik


POKOKBAHASAN

Sub Pokok BahasanEstimasiWaktu

MetodePembelajaran

Mediapembelajaran

Referensi

5 1. Mahasiswa mampumenjelaskan sumber bahanbaku industri gula

2. Mahasiswa mampumenjelaskan prosespembuatan gula

3. Mahasiswa mampumenjelaskan uraian proses

INDUSTRIGULA PASIR

1. Sumber Gula2. Proses Pembuatan Gula3. Uraian Proses


Papan TulisLCD

Modul Ajar

6 1. Mahasiswa mampumenjelaskan PembuatanAmoniak

2. Mahasiswa mampumenjelaskan TahapanProses Pembuatan Amoniak

3. Mahasiswa mampumenjelaskan ProsesPembuatan Urea

INDUSTRIPUPUK UREA

1.Pendahuluan2. Proses Pembuatan Amoniak3. Tahapan Proses4. Proses Pembuatan Urea


Papan TulisLCD

Modul Ajar

7 1. Mahasiswa mampumenjelaskan KomposisiMinyak Bumi.

2. Mahasiswa mampumenjelaskan produk minyakbumi dan kegunaannya.

3. Mahasiswa mampumenjelaskan proses-prosespengilangan minyak bumi.

INDUSTRIPENGILANGANMINYAK BUMI

1. Pendahuluan2. Komposisi Minyak Bumi3. Produk-Produk Minyak Bumi4. Proses-Proses Kimia


Papan TulisLCD

Modul Ajar

Samarinda, 14 Agustus 2009Pengajar MK PIK

Muh. SyahrirNIP. 132 206 949

8

KOMPONEN PENILAIAN

a. Kehadiran/Perilaku (10 %)

b. Tugas (15 %)

c. Ujian tengah semester (kuis) (25 %)

d. Ujian akhir semester (50 %)

9

ISI MATERI PEMBELAJARAN

BAB 1

PENGANTAR PERKULIAHAN PROSES INDUSTRI KIMIA

A. Tujuan Pengajaran :

1. Menjelaskan pengertian industri kimia dan peranannya

2. Mengetahui penerapan dan perkembangan proses kimia dilingkungan industri

3. Menjelaskan tugas dan fungsi industri kimia

4. Mengetahui proses-proses produksi di dalam industri kimia

5. Mengetahui macam-macam unit proses produksi pada industri kimia

6. Menjelaskan tugas dan fungsi unit-unit proses produksi industri kimia

Batas Waktu : 3 x 45 Menit

1.1 Pendahuluan

Setiap proses dalam industi kimia dirancang untuk mengolah bahan baku

menjadi suatu produk yang secara ekonomis (menguntungkan) melalui suatu

rangkaian tahapan proses, seperti ditunjukkan secara skematis pada Gambar 1.1.

Bahan baku sebelum masuk reaktor, mengalami sejumlah tahapan pengolahan secara

fisik (penyeragaman/pengecilan ukuran, penyaringan, pemurnian, dll) sehingga siap

untuk direaksikan secara kimia didalam reaktor. Kemudian produk reaksi harus

mengalami proses pengolahan fisik selanjutnya (pemisahan, pemurnian,dll) agar

diperoleh produk akhir yang diinginkan. Tahapan reaksi kimia merupakan bagian

yang sangat penting dalam proses atau disebut juga sebagai jantung dari proses,

karena merupakan tahapan yang menentukan untuk membuat proses bersifat

ekonomis atau tidak. Oleh karena itu perancangan reaktor kimia merupakan bagian

yang sangat penting dalam perancangan suatu proses.

10

Gambar 1.1 Skema umum proses dalam industri kimia

Dalam pengertian yang umum, yang disebut dengan reaktor kimia adalah

segala tempat terjadinya reaksi kimia, baik dalam ukuran kecil seperti tabung reaksi

sampai ukuran yang besar seperti reaktor skala industri. Tentunya untuk reaktor skala

industri fenomena yang terlibat jauh lebih komplek dari pada yang ada dalam tabung

reaksi. Bidang ilmu yang mempelajari cara-cara merancang reaktor kimia disebut

Teknik Reaksi Kimia. Dalam teknik reaksi kimia I telah dibahas hal-hal yang

berhubungan kinetika kimia dan perancangan reaktor-reaktor ideal, homogen dan

isotermal. Sedangan dalam Teknik reaksi Kimia II ini akan membahas perancangan

reaktor non-isotermal, aliran non-ideal dan reaktor heterogen.

Reaksi kimia dapat berupa peruraian, penggabungan / kombinasi atau

isomerisasi. Sedangkan untuk mengklasifikasikan reaksi kimia, terdapat banyak cara

bergantung dari tujuannya. Untuk kepentingan perancangan reaktor kimia maka

klasifikasi reaktor dapat ditinjau menurut :

Besarnya efek panas berpengaruh pada reaksi yang terjadi : Reaktor Isotermal

dan Reaktor non isotermal.

Pola aliran yang terjadi dalam reaktor : Pola alir ideal (plug flow dan Mixed

flow) dan Pola alir non-ideal

Jumlah fasa dan jenis fasa yang terlibat : Sistim homogen dan heterogen.

ProdukBahan baku

Tahapan

Pengolahan

Secara

Fisik

Reaksi

Kimia

Tahapan

Pengolahan

Secara

Fisik

Recycle

11

Tabel 1. Klasifikasi reaksi kimia

Non-katalik Katalitik

Homogen Pembakaran gas

Reaksi asam-basa

Reaksi oksidasi sulfit

Reaksi hidrolisa amilum

Heterogen

Pembakaran batu bara

Reaksi logam dengan asam

Absorpsi SO2 dengan

NaOH

Reaksi sintesa amoniak

Oksidasi amoniak menjadi

asam Nitrat

Cracking crude oil

Oksidasi SO2 menjadi SO3

a. Reaktor Isotermal dan Non-isotermal.

Apabila reaksi berlangsung pada suhu tetap atau relatif tetap maka reaktor

tersebut beroperasi Isotermal. Keadaan ini dapat terjadi jika panas reaksi yang timbul

relatif kecil atau karena konsentrasinya yang rendah (encer) maka efeknya terhadap

reaktor menjadi kecil (diabaikan). Pada keadaan isotermal ini maka laju reaksi tidak

dipengaruhi perubahan suhu yang terjadi kareana konstanta kecepatan reaksinya

tetap. Sedangkan pada reaksi-reaksi yang panas reaksinya relatif besar baik

Eksotermik maupun Endotermik maka perhitungan perancangan reaktornya harus

melibatkan efek panas yang terjadi, dalam hal ini dapat menggunakan persamaan

neraca panas. Pada bab 2 dari diktat ini akan membahas disain reaktor non-isotermal.

b. Pola alir ideal & non ideal

Pola alir dalam suatu reaktor akan menentukan hubungan persamaan neraca

masa dalam reaktor dan akan berakibat pada perhitungan konversi reaksi. Pola alir

dalam reaktor ideal adalah mixed flow dan plug flow. Mixed flow menunjukkan

terjadinya pencampuran sempurna dalam reaktor sehingga konsentrasi disetiap titik

dalam reaktor adalah sama dan konsentrasi tersebut sama dengan konsentrasi pada

aliran keluar dalam reaktor. Sedangkan Plug flow atau aliran tipe piston menunjukkan

perubahan konsentrasi yang seragam sepanjang reaktor yang berbentuk tabung

B

12

(tubular, fixed bed). Untuk sistim yang terdiri dari lebih dari satau fasa maka pola alir

ideal ini dapat diterapkan untuk masing-masing fasanya seperti ditunjukkan oleh

gambar 2 dibawah ini.

Gambar 1.2. Pola alir dalam reaktor untuk sistim 2 fasa

Segala penyimpangan yang terjadi dari pola alir ideal disebut pola alir non-

ideal. Pola alir non ideal ini umumnya yang kita jumpai di dalam reaktor yang

sesungguhnya baik dalam skala kecil/laboratorium maupun skala besar dalam

industri.

c. Sistim homogen dan heterogen

Suatu reaksi dikatakan homogen bila reaktan dan produk fasanya sama dan

reaksi terjadi dalam 1 fasa. Dan reaksi heterogen apabila memerlukan paling sedikit 2

fasa untuk terjadinya proses reaksi. Selain itu juga dapat diklasifikasikan sebagai

reaksi non-katalitik bila reaksi dapat berlangsung tanpa adanya katalis dan reaksi

katalitik bila reaksi hanya berlangsung jika adanya katalis. Secara umum pembagian

B

A

Plug A/plug BCountercurrent

B

A

Plug A/plug BCocurrent

A

Plug A/plug BCrosscurrent

B

A

Plug A/mixed B(two cases)

B

A

Mixed A/mixed B(two cases)

Micro ormacro

Reaction in eitherA or B phase

Micro-microor

macro-micro

Reaction in eitherA or B phase

13

berikut dilakukan untuk mempermudah penerapan metode perancangan maupun

antuk analisa pengoperasian reaktor :

Fluide – Solid Reactor (Reaktor Gas – Solid atau Reaktor Liquid – Solid )

Fluide – Solid Catalytic Reactor (Reaktor Gas – Solid katalitik, Reaktor

Liquid – Solid katalitik

Fluide – Fluide Reactor (Reaktor Gas – Liquid, Reaktor Liquid – Liquid)

Fluide – Fluide – Solide Reactor (Reaktor Gas – Liquid – Solid )

d. Kinetika reaksi heterogen

Karena lebih dari satu fasa, maka gerakan reaktan dari suatu fasa ke fasa yang

lain harus diperhitungkan. Persamaan laju reaksi terdiri dari kinetika kimia dan

perpindahan massa. Perpindahan massa ini berbeda macam dan jumlahnya pada

setiap sistim heterogen yang berbeda.

Contoh-1 : Pembakaran partikel karbon di udara

C + O2 CO2

Skema fisik Model Profil

konsentrasi

Badan fasa gas

CAs

film gas

2 tahap kinetika : 1 reaksi + 1 mass transfer

CAg

SolidC

CO2

O2

Gas film

Air

O2

CO2

Burning Carbon Particle

14

Contoh-2 : Fermentasi aerobic

Microbial cell + O2 C2H5OH atau CO2

Skema fisik Model Profil konsentrasi

CAL

CAs

Persamaan laju reaksi :

Persamaan laju reaksi untuk sistim heterogen dapat dinyatakan oleh beberapa definisi

berikut :

scatkg

mol

dt

dN

Wr A

A..

1'

scatm

mol

dt

dN

Sr A

A.

12

''

ssolidm

mol

dt

dN

Vr A

p

A.

13

'''

sreaktorm

mol

dt

dN

Vr A

r

A.

13

''''

S = luas permukaan terjadinya reaksi (m3)

V = volume rongga dalam reaktor (m3)

Vr = volume reaktor (m3)

W = massa katalis (kg)

BadanFasa gas

CAi

PAi

CAg

G

LL

G

15

1.2. Pengertian Industri Kimia

Pengertian Industri Kimia di bagi atas :

Pengertian Industri Kimia secara umum adalah suatu kesatuan aktifitas manusia

yang di mulai dengan pengolahan sumber alam, lalu di ubah menjadi beberapa

produk baik secra komersial atau sebagai objek untuk di olah kembali yang

bertujuan untuk memenuhi kebutuhan umat manusia.

Pengertian Industi Kimia dari segi proses terdiri dari :

- Proses kimia : Suatu proses di mana terjadi perubahan bahan dari bahan

dasar menjadi bahan baru dengan sifat baru yang

diinginkan.

- Proses Mekanis : Suatu proses dimana hanya terjadi perubahan bentuk dan

ukuran saja.

Pengertian Industri Kimia dari segi ekonomi adalah suatu badan usaha yang

penting, yang berkecimpung dalam bidang pemisahan dan perubahan kimiawi

bahan baku. Disebut badan usaha karena memiliki organisasi yang produksinya

harus menguntungkan.

Industri kimia sangat berperan penting dalam kehidupan umat manusia,

karena tanpa industri kimia akan terjadi kelaparan, penyakit dan situasi higienis yang

buruk

Teknologi proses kimia yang diterapkan dilingkungan industri berkembang

dengan pesat sehingga produk-produk industri kimia makin bertambah dengan

adanya penemuan-penemuan produk-produk baru. Industri kimia yang makin modern

banyak melibatkan proses dan operasi yang kompleks dan mungkin terdiri dari

banyak peralatan di dalamnya.

Keadaan ini menyebabkan perlunya dilakukan cara-cara analisis yang

sistematik dalam melakukan evaluasi terhadap sistem proses yang ada atau untuk

merancang bangun dan perekayasaan suatu sistem proses baru. Analisis biasa

dilakukan dengan mempertimbangkan beberapa segi yakni Chemical Engineering

Tools.

16

Akan tetapi dalam penerapannya diperlukan tenaga-tenaga yang handal dan

dukungan penelitian serta pengembangan yang kuat untuk menguasai dan

mengembangkan teknologi terutama dalam efisiensi dan mutu produksi serta

mengatasi berbagai masalah yang timbul seperti masalah keselamatan dan dampak

terhadap industri dengan para pakar dalam lembaga penelitian dan pengembangan

serta perguruan tinggi.

Hubungan antara industri kimia dengan chemical engineering tools yaitu :

Dalam pendirian suatu pabrik diperlukan suatu perancangan pabrik kimia

yang mencakup berbagai pengetahuan teknik, didukung oleh chemical engineering

tools yang dapat dipadukan dengan pengalaman kecerdikan dan pertimbangan akal

sehat.

Perancangan pabrik kimia merupakan suatu perangkat termasuk dalam

translasi ide atau gagasan, mulai dari tahap laboratorium, pengembangan dan

seterusnya sampai skala operasi komersial, analisis dan sintesis merupakan perangkat

dasar penting mancari jawaban persoalan-persoalan yang terdapat dalam

perancangan.

Untuk merancang suatu pabrik perlu memiliki chemical engineering tools

sebagai dasar dan landasan pendirian suatu pabrik sebagai tekniss pelaksanaannya

yang mencakup neraca massa, neraca energi, thermodinamika, kecepatan reaksi dan

kesetimbangan serta ekonomi teknik dan human sebagai pelengkap dan non teknis

dalam perancangan pabrik.

Tugas dari pada industri kimia adalah untuk melakukan pengolahan bahan

baku menjadi bahan mentah atau raw material menjadi hasil atau produk yang

diinginkan. Pengolahan yang dilakukan dapat bersifat fisika maupun kimia.

Dalam mengolah bahan mentah menjadi hasil, Industri menginginkan

ofisionsi yang setinggi-tingginya,baik dari segi teknis maupun sosial

ekonomis.Tujuan ini di wujudkan dalam praktek dengan jalan melakukan operasi

dengan upaya hasil sebanyak-bayanyaknya, Waktu singkat dan biaya rendah.

Contoh dan Jenis-jenis proses yang dihasilkan oleh industri kimia berupa,

antara lain :

17

1. Bahan dasar yang berasal dari minyak bumi ( industri petroleum dan petrokimia)

2. Pupuk-pupuk sintetis (pabrik pupuk)

3. Zat warna untuk testil, plastik dan cat (industri testil dan industri cat)

4. Obat-obatan (industri farmasi)

5. Bahan pembasmi hama (industri insektisida)

6. Plastik, serat sintetis (industri plastik)

7. Logam dan persenyawaannya (industri baja dan logam)

8. Kertas koran dan buku tulis (industri kertas)

9. Ban dan karet sintesis (industri karet), dan lain-lain.

Berdasarkan pengolahan yang dilakukan oleh suatu pabrik,proses produksi

dalam pabrik dapat di kelompokkan dalam dua grup, yaitu pabrik dengan proses

produksi terdiri atas satu unit proses saja, dan pabrik yang mempunyai lebih dari satu

unit proses. Yang dimaksud sebagai satu unit proses adalah suatu rangkaian proses

pengolahan dimana terjadi satu perubahan kimia bahan bahan yang di olah.

Sedangkan yang dimaksud dengan Pabrik yang mempunyai lebih dari satu unit proses

suatu rangkaian proses pengolahan dimana terjadi lebih dari satu tahap perubahan

kimia serta mempunyai lebih dari satu unit proses.

Ada pabrik yang hanya memiliki satu tahap perubahan kimia, yang berarti

hanya memiliki satu unit proses, dan banyak yang memiliki lebih dari satu tahap

perubahan kimia, yang berarti mempunyai lebih dari satu unit proses.

Dalam pokok perancangannya, pabrik yang mempunyai banyak unit proses

dapat dirancang dengan bertahap, yaitu satu demi satu unit prosesnya. Perancangan

proses dari suatu unitr proses dapat dilakukan dengan mendasarkan pada prinsip

bahwa reaksi perubahan kimia memerlukan kondisi atau persyaratan tersebut

dipenuhi oleh peralatan yang disediakan pada bagian depan unit proses, sedang

proses perubahan kimia dilakukan dalam bagian sintesa.

Hasil perubahan kimia pada bagian sintesa merupakan campuran bahan,

sementara itu, pada umumnya hasil akhir proses produksi biasanya diinginkan

mempunyai kemurnian tinggi, sehingga sesudah perubahan kimia, perlu diikuti

18

dengan proses pemisahan dan penyesuaian spesifikasi produk, yang dilakkukan pada

bagian akhir dari unit proses.

Tujuan memproduksi dalam industri kimia modern adalah pembuatan produk-

produk bermutu tinggi dengan cara seaman dan seekonomis mungkin.

Faktor-faktor produksi yang penting dalam industri kimia antara lain :

a. Tenaga ahli

b. Bahan-bahan

c. Peralatan dan instrumen

d. Energi untuk pengoperasian peralatan.

1.3. Unit–Unit Proses Produksi

Tiga macam unit proses produksi antara lain :

1. Unit Proses Produksi Persiapan Bahan Baku

Unit ini bertugas mempersiapkan raw material atau bahan baku, agar sesuai

dengan kondisi yang dipersyaratkan pada unit sintesa. Persiapan yang dilakukan

dapat berupa :

a. Penyesuaian fase, bentuk dan ukuran

b. Penyesuaian komposisi dan kadar atau kemurniannya

c. Penyesuaian suhu

d. Penyesuaian tekanan

e. Penyesuaian perbandingan antara berbagai bahan baku dan lain-lain

persyaratan yang diperlukan oleh unit sintesa

2. Unit Proses Produksi Sintesa

Unit ini bertugas melakukan pengolahan bahan, mengubahnya menyadi senyawa

kimia hasil yang diinginkan. Pada unit sintesa inbi senyawa kimia bahan baku

atau raw material, di ubah menjadi senyawa kimia produk, agar dapat terjadi

perubahan kimia, diperlukan kondisi operasai unit sintesa yang sesuai dengan

persyaratan terjadinya reaksi kimia, antara lain dalam hal ini : fase, bentuk,

ukuran, suhu, tekanan, konsentrasi, perbandingan bahan dan mungkun diperlukan

juga katalisator.

19

3. Unit Proses Produksi Finishing

Hasil yang keluar dari unuit sentesa masih berupa campuran dari produk reaksi,

sisa bahan baku,inert dalam bahan baku, hasil reaksi samping, dan mungkin juga

katalisator yang terikut dalam aliran produk unit sintesa.

Bila diinginkan produk akhir yang terpisah dari campuran bahan-bahan

lainnya, maka diperlukan proses pemisahan hasil unit sentesa. Tugas ini dibebankan

pada unit Finishing sebagai tugas penyesuai konsentrasi produkakhir, disamping tentu

juga bila di perlukan penyesuaian suhu dan tekanan serta penampung / penyimpan

dan transportasi produk, serta mungkin juga pengantongan atau pengemasan produk

akhir.

Tugas dari masing-masing unit proses produksi berbeda, namun secara

keseluruhan mempunyai beban yang sama. Unit Persiapan Bahan Baku harus dapat

menyesuaikan spesifikasi dari semua bahan yang diproses sedemikian sehingga

spesifikasi dan kondisinya sesuai yang dipersyratkan di Unit Sintesa, agar reaksi

kimia atau perubahan kimia di Unit Sintesa dapat berlangsung.

Demikian juga pada Unit Finishing harus mampu menjalankan tugasnya,

menyesuaikan kondisi produk sintesa yang bercampur dengan sisa pereaksi,

sedemikian sehingga sesuai dengan spesifikasi produk akhir yang diinginkan.

Kondisi yang harus dipersyaratkan dalam unit persiapan yaitu harus dapat

menyesuaikan spesifikasi dari semua bahan yang diproses sedemikian dan kondisinya

harus sesuai dengan yang dipersyaratkan di Unit Sintesa, agar reaksi kimia atau

perubahan kimia di Unit Sintesa tersebut dapat berlansung sempurna. Persiapan yang

dilakukan dapat berupa :



c. Penyesuaian suhu


e. Penyesuaian perbandingan antara berbagai bahan baku dan lain-lain persyaratan

yang diperlukan oleh unit sintesa

20

Penggolongan bahan dasar pada unit persiapan berdasarkan bisa tidaknya

diperbaharui dapat dibedakan atas dasar 2 grup yaitu :

1. Bahan mentah / bahan dasar yang bisa diperbaharui termasuk dalam kelompok ini

antara lain:

a. hasil-hasil pertanian dan perkebunan

b. hasil-hasil binatang : pertenakan dan perikanan

c. Air dan udara

2. Bahan mentah / bahan dasar yang tidak bisa diperbaharui termasuk dalam

kelompok ini antara lain :

a. Minyak bumi dan gas asam

b. Mineral-mineral logam

c. Mineral-mineral bukan logam : kaolin, kapur, belerang dan lain-lain.

Pada unit sentesa untuk mengolah bahan dasar diperlukan tenaga karena

dalam mengolah bahan dasar umumnya dilakukan pengolahan kimia atau melakukan

pengolahan bahan air tersebut diperlukan tenaga berupa panas, listrik, cahaya maupun

tenaga listrik (pukulan, gesekan dan lain-lain) panas sebagai tenaga sebagian besar

diperoleh dipembakaran bahan bakar (gas alam, minyak bumi, arang baku) tenaga

matahari,tenaga panas reaksi kimia, nuklir dan sebagainya. Dalam Industri, efiseinsi

penggunaan tenaga ini penting sekali.

Kondisi yang harus dipersyaratkan dalam unit finishing pada proses produksi

adalah :

Kondisinya harus sesuai dengan yang dipersyaratkan di Unit Sintesa, agar reaksi

kimia atau perubahan kimia di Unit Sintesa tersebut dapat berlansung sempurna.

Persiapan yang dilakukan dapat berupa :



c. Penyesuaian suhu


e. Pengantongan, pengepakan dan pengudangan, dan lain-lain

21

BAB 2 INDUSTRI KIMIA DAN PERKEMBANGANNYA DI INDONESIA

Tujuan Pengajaran :

1. Mahasiswa dapat memahami definisi industri.

2. Mahasiswa dapat memahami peran industri kimia dalam pengubahan/pengolahan

sumber alam.

Waktu : (2 x 45 menit)

2.1. Pendahuluan

Mata kuliah proses industri kimia adalah merupakan suatu awal/permulaan

para mahasiswa mulai mengenal proses-proses yang terjadi di industri maka sangat

perlu diperkenalkan tentang definisi industri serta letak dan peran industri kimia

dalam pengolahan/pengubahan sumber daya alam untuk kesejahteraan manuasia.

2.2. Definisi Industri

Industri didefinisikan sebagai suatu kesatuan aktivitas manusia yang dimulai

dari pengolahan sumber alam, lalu mengubahnya ke dalam berbagai bahan baik yang

berupa bahan yang dapat dikomsumsi langsung maupun obyek untuk diolah kembali

dan bertujuan untuk memenuhi kebutuhan manusia.

Pengolahan sumber alam dilakukan olehindustri pertambangan dan pertanian. Industri

ini memproduksi bahan baku utama organik (minyak bumi, gas alam dan batu bara),

mineral (metal dan non metal), hewan dan tumbuhan (glusida, protida, lipida, dst).

Selanjutnya bahan baku tersebut dikelola oleh industri kimia untuk dijadikan bahan

komsumsi maupun bahan setengah jadi untuk diolah lebih lanjut.

2.3. Strategi Pembangunan Industri Kimia di Indonesia.

Strategi dasar pengembangan industri kimia di Indonesia adalah rasionalisasi

penggunaan potensi sumber alam nasional dan faktor-faktor penunjang produksi

lainnya. Berdasarkan hal tersebut maka usaha pengembangan industri kimia di

22

Indonesia dikonsentrasikan pada industri-industri yang mempunyai potensi besar

untuk meningkatkan perekonian nasional. ”Industri kunci” misalnya atau dapat kita

sebut pula ”Industri kimia dasar” diharapkan dapat merangsang perkembangan

ekonomi dalam seluruh sektor industri lainnya dengan memperkecil ketergantungan

pada bahan-bahan impor. Ciri khusus industri kunci adalah padat modal,

menggunakan teknologi tinggi yang teruji, menggunakan tenaga terampil dan

memenuhi persyaratan skala ekonomi. Adapun industri kunci yang mempunyai

potensi besar untuk dikembangkan di Indonesia adalah :

1. Industri pupuk dan petrokimia untuk mengolah sumber alam minyak bumi dan

gas alam.

2. Industri pulp dan kertas untuk mengolah bahan kayu dan limbah pertanian (ampas

tebu, merang/batang padi).

3. Industri serat sintetis termasuk rayon.

4. Industri bahan kimia asal garam laut.

5. Industri silikat yang meliputi semen, gelas dan bata tahan api.

6. Industri karet untuk mengolah karet alam maupun karet sintetis.

Industri kunci ini jelas terlihat berorientasi kuat pada sumber bahan baku,

sehingga lokasinya tidak hanya di Pulau Jawa tetapi tersebar di seluruh Indonesia

yang kemudian lokasi-lokasi industri tersebut akan berkembang menjadi zona-zona

industri dan pusat pengembangan wilayah perindustrian yang penting.

Pengembangan industri kimia dasar ini tentunya tidak terpisah dari

pengembangan sektor industri serta sektor kegiatan ekonomi lainnya. Keterkaitan

antara sektor industri, sektor industri dengan sektor ekonomi lainnya, serta

keterkaitan antara industri dasar-industri hilir dan industri kecil akan merupakan

usaha untuk mendapatkan struktur industri nasional yang kuat. Atas dasar keterkaitan

ini diharapkan secara cepat dan bertahap bisa dicapai substitusi impor, substitusi

ekspor, dan pada akhirnya mampu berorientasi ekspor dengan pemenuhan kebutuhan

di dalam negeri terlebih dahulu.

23

BAB 3 UNIT OPERASI DAN PERALATAN INDUSTRI KIMIA

Tujuan Pengajaran :

1. Menjelaskan bagaimana seleksi alat dan bahan yang baik dan tepat dalam suatu

industri kimia

2. Mengetahui jenis-jenis alat yang digunakan dalam industri kimia

3. Menjelaskan pengertian peralatan dan sistem peralatan dalam industri kimia

4. Mengetahui jenis-jenis bahan yang digunakan dalam industri kimia

5. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi dalam pemilihan alat dan bahan

yang baik dan tepat suatu pabrik kimia

Batas Waktu : 3 x 45 Menit

3.1. Pendahuluan

Faktor-faktor yang mempengaruhi dalam pemilihan alat dan bahan, Pemilihan

Alat Proses dan meterial konstruksi.

Perancangan alat-alat proses dan pembantunya merupakan bagian sensial pada

tugas perancangan pabrik. Tiap alat harus dapat beroperasi sesuai fungsinya.

Rangkaian unit-unit alat harus maapu bekerja lancar. Meterial kontruksi alat-alat

harus tahan terhadap bahan-bahan yang dikerjakan.

Pada process design perlu diberikan spesifikasi dari setiap alat yang

diperkirakan akan dipakai. Karena iti seorang perancang perlu mengenal tingkah

laku, ciri-ciri atau karekteristik setiap alat yang akan dipergunakan, termasuk meterial

kontruksi. Pada pemilihan alat-alat yang sesuai, tepat, memerlukan pengalaman dan

pertimbangan yang cukup teliti.

Bila mungkin pilihlah alat standar. Karena biasanya alat-alat standar sudah

tersedia beberapa macam ukurandan kapasitas. Harganya relatip lebih rendah,

mungkin ada jaminanan tanggungan yang lebih baik daripada alat yang dirancang

secara khusus. Tahap pemilihan alat-alat prosess,biasanya dilakukan setelah selesai

24

dikerjakan neraca bahan dan energi, sehingga spesifikasinya dapat diketahui. Dalam

hal ini diagram alir sangat membantu.

Dalam pemilihan ini tidak lepas dari peninjauan biaya yang mencakup : harga

alat dan meterial kontruksi, biaya operasi maupun perawatannya.

Untuk menentukan spesifikasi dan memilih ukuran lat dan tipenya yang baru

dan belum dikenal pengalaman akan diperlukan. Bila suatu alat pernah

dipergunakandan dikenal,kemungkinan kita hanya mengerjakan perhitungan yang

bersipat komparatip atau skaling ( lebih besar atau lebih kecil ). Untuk proses baru,

seleksi ukuran dan tipe alat-alat proses harus dipelajari pula dengan seksama agar

dapat dicapai performance seperti yang diinginkan.Bagiperancang yang muda dan

masih taraf belajar atau hanya memiliki sedikit pengalaman dibidang engeneering

design, pemilihan tersebut terasa agak sukar. Dalam hal ini dengan bekal dasar-dasar

kalkulasi perancangan, dasar ilmu teknik dan dibantu data informasi tentang alat-alat

proses, makapemilihan lat-alat proses dapat juga dijalankan. Ada pula suatu

kelompok atau unit alat yang memiliki ciri-ciri spesifik dan dalam pemilihan

diperlukan pengalaman dan keahlian khusus. Misalnya alat-alat size roduction dan

meterial handling, seperti cruser,grinder, milis, dan berbagai tipe conveyors. Sesuatu

alat milis biasanya hanya digunakan untuk pekerjaan tertentu,misyaknya untuk sifat

dan ukuran umpan dan kapasitas tertentu, ukurana produk juga tertentu.

Pertimanbangan pemilihan mencakup : umur operasional, operwatan mudah, biaya

operasi dan perawatan yang rendah.

Meterial Konstruksi yang digunakan untuk alat-alat dalam Industri kimia

kemungkinan daya tahan terhadap suhu, tekanan, laju aliran dan kondisi sekitar yang

buruk. Sebenarnya hampir semua metal,termodinamika ada kecenderungan tidak

stabil, memebentuk oksida dan carbonat, karena reaksi elektrokimia oleh gerakan

elektron.Korosi adalah salah satu dari bentuk reaksi oksidasi,walau berbagai jenis

korosi masih dimungkinkan. Korosi metal dipengaruhi oleh mekrostruktur dan

komposisi metelorogik.Walaupun dewasa ini sudah tersedia banyak jenis meterial

kontruksi yang tahan korosis,tetapi pemilihan yang tepat masih agak sukar.

25

Dalam prakteknya pertimbangan akhir pilihan meterial konstruksi tidak hanya

dari ciri-ciri mekanik saja dan anti korosi , tetapi juga pertimbangan dari analisis

ekonomi secara bersaing. Misalnya suatu pilihan meterial konstruksi yang mahal ,

perlu diimbangi oleh kemudahan fabrikasi dan penggunaan tenaga kerja atau

keawetannya kerena tahan korosi sehingga biaya penggantian menjadi rendah.

Kemungkinan lain : walaupun ciri-ciri meterial konstrusi tidak prima atau tepat masih

mungkin dipilih, karena meterial ionstruksi yang tepat harganya sangat tinggi.

3.2. Unit operasi dalam industri kimia

Peralatan pada unit persiapan bahan baku.

Untuk melaksanakan tugas persiapan bahan baku, pada unit persiapan bahan

baku pada umumnya terdapat alat-alat yang sesuai dengan tugasnya, antara lain :

(a) Penyesuaian fase, bentuk dan ukuran, misalnya : everator ,crusher, ball mill,

vibrating screen, cristalizer, dan sebagainya.

(b) Penyesuaian kompossisi dan kadar atau kemurniannya, misalnya : menara

destilasi, mixer-settler, menara absober, menara stripper, rotary vaccum filter,

magnetic separator, ekastraktor dan sebagainya.

(c) Penyesuaian suhu, misalnya :heater dan cooler.

(d) Penyesuaian tekanan, misyalnya pompa, komprisor, katup ekspansi,kran, knock

out drum, dan sebagainya.

(e) Penyesuaian perbandingan antara berbagai bahan baku,berupa flow rario

controller, atau wight ratio controller dan sebagainya.

(f) Penampung sementara berupa tangki selinder vertical, atau gudang bahan baku

padat dan horizontal atau mungkin tangki selinder vertikal, atau gudang bahan

baku padat dan sebagainya, fasilitas transportasi bahan cair berupa pompa dan

pipa,trasportasi bahan padat berupa belt conveyor, bucket, dan lain alat

persyaratan khusus yang menyesuaian kondisi khusus yang diperlukan di unit

sintesa.

26

Peralatan pada unit sintesa.

Unit sintesa merupakan tempat terjadinya perubahan kimia dari senyawa

bahan baku,raw material, menjadi senyawa produk. Peralatan pada unit sintesa pada

dasarnya adalah reakteor yang dilengkapi dengan peralatan pengendali kondisi

operasi. Kondisi operasi yang dimaksud misyalnya adalah suhu, tekanan dan

perbandingan peraksi.Pengendalian sangat penting apabila tipe reaksinya eksepoteres

atau tipe endotermis. Pengendalian suhu pada reaksi tipe eksotermis di maksutkan

untuk menghindarkan terjadinya penurunan suhu reaksi.Inti peralatan pengendali

suhu adalah sensor suhu untuk mendeteksi suhu reaksi, dilengkapi dengan alat

pengatur suhu yang berupa cooler untuk reaksi eksotermis dam heatter untuk reaksi

endotermis. Berdasarkan tipe prosesnya , reaktor dikelompokkan menjadi dua grup

utama, yaitu reaktor batch dan reaktor kontinyu. Grup reaktor yang lain adalah yang

berbeda antara kedua grup itu yaitu reaktor semi batch atau reaktor semi kontinyu.

Berdasarkan jenis atau bentuk reaktor dan prosesnya kadang di munculkan

kelompok reaktor yang menunjukkan identitas reaktor dengan lebih detil, misyalnya :

Reaktor Alir Tangki ( RATB ),reaktor air pipa, reaktor alir multi tube, reaktor

gelembung dan sebagainya.

Peralatan pada unit finising.

Untuk melaksanakan tugas finising, pada umumnya diunit terdapat alat-alat

yang sesuai dengan tugasnya, anatara lain :

(a) Penyesuaian fase ,bentuk dan ukuran, misalya ; everator,milter,crusher,ball mill,

vilbrating scren, cristalizer dan sebagainya.

(b) Penyesuain komposisi dan kadar atau kemurniannya , misalnya : menara

destilasi,drier, sentrifuse, mixer-seetler, menara absorber, menara stripper, rotary

vacum fillter,magnetic separotor dan sebagainya.

(c) Penyesuain suhu, misyalnya ; heatter dan cooler.

(d) Penyesuaian tekanan, misalnya pompa, komprisor, katup ekspansi,kran,knock out

drum, dan sebagainya.

27

(e) Penampung hasil akhir berupa tangki selinder horizontal atau mungkin tangki

silinder vertikal, atau gudang hasil padat dan sebagainya, fasilitas transportasi

bahan cair berupa pompa dan pipa,transportasi bahan padat berupa belt conveyor,

bucket elevator, forkclif, crane dan lain-lain alat persyaratan khusus yang

menyesuaiakan kondisi khsusus yang diinginkan pada produk akhir misalnya

penepakakan, pengantongan,pembotolan, dan sebagainya.

Peralatan pada unit finising.

Sebagai tempat terjadinya reaksi pengolahan,di perlukan alat, yang biasanya

di sebut reaktor, Reaktor ini harus bisa memenuhi persyaratan tertentu,yang harus

sesuai dengan sifat bahan yang diolah,dan sifat yang dihasilkan. Misalnya: alat harus

tahan terhadap korosi,tahan terhadap tekanan,tahan terhadap suhu tinggi dan

sebagainya sesuai dengan kondisi reaksi yang terjadi dan sifat-sifat bahan yang ambil

peranan dalam reaksi dan hasil yang terjadi. Demikian juga, karena kondisi reaksi (

tekanan, suhu, konsentrasi dan sebagainya ) untuk suatu reaksi perli diatur dan

diawasi untuk mendapatkan hasil yang di inginkan , maka Reaktor biasanya

dilengkapi dengan alat-alat petunjuk / indikator dan alat-alat pengontrol / pengatur.

Termasuk sebagai alat petunjuk antara lain: Termometer,Monometer,PH meter dsb. (

Flow Indikator : F 1, Termo Indicator : T1, Pressure Indicator : PI ).

Termasuk sebagai alat alat kontrol antara lain :

Flow Indikator and Control : FIC

Thermo Indikator and Control : TIC

Pressure Indikator and Control : PIC dan sebagainya.

Karena penggunaan thermodinamika dan kinetika dapat memperkirakan panas

reaksi pada alat, usaha-usaha mempercepat reaksi pada alat, uasaha untuk

memp[eroleh hasil yang lebih banyak pada alat.

Pompa

Pompa berbagai standar ukuran telah diproduksi oleh pabrik pembaut pompa,

sehingga kita tinggal memilih tipe dan ukuran yang paling sesuai dengan penggunaan

28

/ kebutuhan yang diinginkan. Penggunaan pompa sentrifugal biasanya dibatasi oleh

kapasitas dan tekanan, tetapi pada saat ini telah banyak masalah yang dapat

diselesaikan sehingga pompa jenis ini banyak dipakai. Pompa torak baik dipakai

dipergunakan untuk head tinggi, tetapi kafasitas rendah dan pemakaian terputus-putus

( intermitint ).

Pada kontruksi pompa dengan steem sebagai penggerak telah diberikan oleh

standar of the Hydraulic Instituto. Misalnya logam paduan baja Ni-Cr banyak dipakai

untuk hot oil pumps.Silinder steem biasanya dibuat dari cast iron, untuk tekanan

steam di bawah 250 psig.

Pompa sentrifugal pada saat ini telah banyak di pakai untuk melayani

berbagai kebutuhan. Pabrik pembuat pompa sentrifugal dari kapasitas 5 GPM,

tekanan keluar 2-5 psi diferensial sampai 2800-3000 GPM,tekanan keluar 3000 psig.

Berbagai rancangan dapat dipergunakan sampai suhu 850 F, fluida mudah

menguap, dan slurry.Rancangan khusus pernah dibaut pompa sentrifugal kapasitas

90000 GPM,tekanan keluar 444 ft (pompa air sungai colorado ) dan 607000 GPM,

tekanan 310 ft head ( proyek irigasi grand coule ). Rangakain seri pernah dirancang

secara khusus dan mampu memberikan tekanan diatas 5000 psi.

Bejana

Rancang bangun dan fabrikasi berbagai ukuran bentuk dan tipe bejana

merupakan tugas yang cukup kompleks, memerlukan kerja sama antara proses

engineeri, project engineer, ahli rancang bangun bejana dan fabrikator. Pengalaman

dan spesialisasi dibidang ini diperlukan untuk tugas rancang bangun bejana.

Rancang bangun dasar ( basic design ) dan cara fabrikasi perlu diketahui oleh

proses engineer dan project engineer, agar mampu bertukar pikiran dengan ahli

rancang bangun bejana.

Beberapa hal yang perlu diketahui pada tugas fabrikasi, antara lain diberikan

di bawah ini.

1. Perlu diketahui cara-cara rolling lembaran baja atau lainnya untuk membuat

bentuk silinder.

29

2. Pekerjaan pengelasan : pengelasan dengan gas asetilan umum dipakai pada plat

logam tipis.

Shell plates

Lembaran plat biasanya dipesan berdasarkan tebalnya. Panjang sampai 800

inchi dapat diperoleh untuk lembaran plat tipis. Lebarnya sampai 195 inchi,

walaupun untuk ukuran lebih 100 inchi ada harga tambahan ekstra.

Head.

Biasanya untuk tekanan rendah sampai moderat dipergunakan dished

head.Sedangkan untuk tekanan tinggi ( lebih 200 psig ) dipergunakan

elleptical dished head, perbandingkan sumbu utama terhadap sumbu pendek =

1. karena pertimbangan ekonomis.

Nozzles.

Semua bejana proses memerlukan nozzles atau lubang saluran masuk dan

keluarnya fluida, untuk pengurasan (draining), memasukkan tangan (hand

holes) dan lubang orang (manholes). Nozzles dapat dibuat dari pipa,forged

steel, cast stel atau lainnya.Lunag pada sheel ini dapat mengurangi kekuatan

sheel, maka perlu diberi penguat disekitarnya. Hal in ada kode dan

standarnya.

Kompresor

Tipe kompresor serupa dengan pompa, tetapi karena gas merupakan bahan

kompresibel (mampat), maka perancangan kompresor lebih banyak komplikasinya.

Reciprocating Compressor dapat digerakkan oleh steam, motor, turbin, mesin

disel atau mesin gas. Harga bahan bakar, steam, listril dilokasi pabrik perlu dievaluasi

lebih dulu, sebelum ditentukan tipe tenaga penggerak yang sesuai. Jika harga daya

penggerak cukup murah, penggerak oleh motor dapat dipilih.Kemungkinan dapat

dipilih tenaga penggerak dengan gas untuk pabrik kilang minyak dan pitrokimia, Jika

dalam pengolahan perlu penurunan tekanan steam tinggi ketekanan rendah,

kompresor yang digerakkan dengan turbin dapat dipertimbangkan sebagai pilihan.

30

Copresed air and gas Institute menyampaikan tipe umum kompresor menurut

daftar berikut :

1. Single acting kompresi melalui satu sisi ililnder saja.

2. Double acting : Kompresi pada kedua sisis silinder

3. Single stage : Kompresi mula sampai akhir terjadi pada tiap lengkap ( strike

piston ).

4. Multi stage : Kompresi gas mula sampai tekanan menengah terjadi pada

silinder pertama, dan penyempurnaan tekanan dilakukan pada

satu atau lebih silinder berikutnya .

5. Vertikal : Elemen-elemen penekan posisisnya vertikal.

6. Horizontal : Elemen-elemen penekan posisnya horizontal ( palin umum

dipakai dalam industri proses ).

7. Sudut : Multi silinder dari kompresor, sumbu silindernya satu sama lain

membentuk sudut tertentu, terutama pada kompresor kecil dan

portable.

8. Stragkhime : Baik pada unit horisontal maupu vertikal dengan single frame.

Memilki satu atau lebih silinder segaris.

9. Duplex : Dua silinder paralel dihubungkan dengan sebuah crank shaft.

10. Air cooled : Terutama untuk kompresor kecil, sering dipakai cara

perbandingan sirkulasi udara atmosferik.

11. Water cooled : Kompresor yang umum dipakai dalam industri proses, biasanya

didinginkan dengan sirkulasi air pendingin melalui jaket

sekeliling silinder.

Reaktor Gas – Cair

Reaktor gas-cair sering kali dijumpai didalam industri kimia. Dalam hal ini

suatu gas diserap oleh larutan suatu zat tertentu dengan mana gas yang terlarut ini

bereaksi. Tujuan dari penerapan sistim gas-cair ini di industri adalah untuk :

31

menghasilkan suatu produk zat kimia (sintesa bahan-bahan organik atau

anorganik), salah satu contoh adalah pembuatan amonium sulfat dari gas

Amoniak dan Asam sulfat.

menghilangkan suatu komponen dari campuran gas-gas yang tidak

diinginkan. Sebagai contoh absorpsi SO2 dengan menggunakan air atau

larutan kapur Ca(OH)2

memperbaiki distribusi product pada reaksi-reaksi seri/paralel (multiple

reaction).

Proses reaksi bisa dipengaruhi oleh diffusi dan konveksi dalam fasa gas, juga

diffusi, konveksi pada sisi liquida. Sering kali, proses reaksi diikuti dengan kenaikan

suhu yang bisa besar pengaruhnya terhadap laju absorpsi.

Berikut ini diberikan contoh-contoh proses dalam industri yang berkaitan

dengan reaksi gas cair :

1. Absorpsi CO2 dan Cl2 dalam larutan BaS untuk pembuatan BaCO3 dan BaCl2.

2. absorpsi CO2 dalam suspensi kapur untuk pembuatan CaCO3.

3. Absorpsi CO2 dalam larutan K2CO3.atau amines untuk menghilangkan CO2 dari

synthesis gas.

4. Oxidasi cyclohexane untuk menghasilkan cyclohexanol atau cyclohexanon atau

asam adipat.

5. Oksidasi toluene untuk menghasilkan asam benzoate.

6. Chlorinasi Benzene, toluene, phenol dsb.

7. Absorpsi Chlorine dengan larutan NaOH untuk menghasilkan Sodium

Hypochlorite.

8. Pembuatan Sodium amide dari gas NH3 dan cairan Na

9. Nitrasi zat organik dengan campuran asam nitrat dan asam sulfat

10. Absorpsi gas SO3 dengan larutan H2SO4 pekat menjadi Oleum

Dan banyak lagi proses-proses industri dimana proses absorpsi disertai reaksi kimia

terjadi.

Faktor-faktor berikut adalah menentukan dalam perencanaan reaktor untuk

reaksi heterogen ini :

32

Persamaan kecepatan reaksi global : Karena bahan-bahan yang akan bereaksi

pada fasa yang berbeda (gas & cair), maka pertemuan (kontak) antar reaktan ini

terjadi sebelum bereaksi, sehinggga laju perpindahan massa dan laju reaksi kimia

akan menentukan laju transformasi global.

Kelarutan : Sifat kelarutan dari komponen-komponen yang bereaksi didalam

fasa-fasa yang bereaksi akan menjadi keterbatasan dari gerakannya. Faktor ini

tentu berpengaruh terhadap bentuk persamaan kecepatan reaksi karena akan

menentukan apakah reaksi terjadi dalam satu atau dua fasa.

Cara kontak : Dalam sistim gas-cair cara berkontak antar reaktan-reaktan dapat

bermacam-macam : co-current, cross current, counter current, semibatch, dll.

Pemilihan Type Reaktor

Untuk pemilihan type reaktor yang cocok untuk suatu reaksi, didasarkan pada:

Regim reaksi : cepat, pertengahan atau lambat.

Kelarutan dari reaktan fasa gas didalam fasa cair

Faktor hidrodinamika : Liquid Hold-up, Gas hold-up, Pola kontak antar reaktan-

reaktannya

Luas perpindahan massa dan koefisien perpindahan massa dari reaktor

Pertimbangan biaya investasi dan operasi

Tabel 1 menunjukkan harga a dan untuk berbagai type reaktor. Dengan

perhitungan harga M dan menggunakan tabel 1 ini, maka type reaktor yang cocok

untuk suatu sistim reaksi tertentu dapat dipilih.

Tabel 1 : Harga a dan untuk berbagai type reaktor.

Type ReaktorLuas spesifik,

a m2/ m3hold-up

fase cair, Spray Column 60 0,05Packed Column (2,5 cm Rasching Rings) 220 0,08Plate Column 150 0,15Bubble-Contactor 200 0,85Agitated Tank 500 0,80

33

Gambar 3.1: Berbagai type reaktor gas cair

Gambar 3.2 Berbagai macam pola kontak dalam reaktor gas cair

34

Contoh Soal 2 : Pemilihan jenis kontaktor gas-cair

Saudara diminta untuk memberikan rekomendasi mengenai type reaktor yang cocok

untuk melaksanakan reaksi gas-liquid antara gas A dan suatu reaktan B. Diketahui

data-data berikut :

Konsentrasi B dalam larutan = 5 kmol/ m3

Diffusivity A dalam larutan = 1,5 x 10 -9 m2/ det.

Konstanta kecepatan reaksi orde 2 : A + B P, k = 0,03 m3/ (kmol)(det)

Untuk plate column, buble column, agitated vessel, ambil harga kl = 2 - 4 x 10 -4 m/

dt.

Untuk Packed Column, ambil harga kl = 0,5 - 1 x 10 -4 m/ det.

Penyelesaian :

Pertama dihitung harga M :

Mk C D

k

x

k

x

k

B A l

A l A l

A l

2

9

2

10

2

0 03 5 15 10

2 25 10

( , ) ( ) ( , )

,

Untuk bubble column, agitated vessel, plate column, harga M berkisar antara :

2 25 10

2 100 00562

2 25 10

4 100 001405

10

4 2

10

10 2

,

( ),

,

( ),

x

xdan

x

x

dan untuk packed column, harga M berkisar antara :

2 25 10

0 5 100 009

2 25 10

1 100 002250

10

4 2

10

4 2

,

( , ),

,

( ),

x

xdan

x

x

dari harga-harga M ini, dapat disimpulkan bahwa reaksi yang terjadi adalah tidak

terlalu cepat ( pertengahan ), sehingga diperlukan liquid hold-up yang relative

tinggi. Maka type reaktor yang cocok adalah Agitated tank, atau Plate Column atau

bubble contactor.

35

Ekstraksi

Ekstraksi adalah proses pemisahan suatu zat yang terlarut didalam suatu zat

tertentu yang didasarkan atas perbedaan kelarutan (solubility) kedua zat tersebut

terhadap bahan pelarut (solvent) tertentu. Proses ekstraksi merupakan salah satu

altematif dari sekian macam metoda proses pemisahan. Oleh karena itu proses

ekstraksi hanya dilakukan apabila proses pemisahan dengan cara distilasi tidak

mungkin dilaksanakan.

Kebanyakan didalam praktek proses ekstraksi, sering dilakukan secara

bersam-sama (diikuti) dengan proses distilasi. Proses distilasi yang mengiringi

proses ekstraksi dimaksudkan untuk mengambil kembali solvent (solvent recovery)

dari ekstrak maupun rafinat yang dihasilkan. Dengan cara ini diharapkan efisiensi

proses ekstraksi menjadi lebih tinggi. Sebagaimana dalam proses distilasi, maka

didalam proses ekstraksi pun diperlukan adanya suatu kontak yang baik antara

solvent dan larutan yang akan diekstrak. Oleh karena itu di dalam kebanyakan

ekstraktor dilengkapi dengan alat kontak yang berupa pengaduk ataupun bed

(tumpukan alat kontak). Didalam industri migas dan petrokimia, proses ekstraksi

banyak digunakan untuk memisahkan senyawa-senyawa hidrokarbon seperti parafin,

aromatik, naphthene, dsb.

Proses ekstraksi pertama kali banyak digunakan untuk memperbaiki mutu

kerosene, tetapi sekarang untuk memperbaiki mutu minyak pelumaspun

kebanyakan menggunakan proses ini. Senyawa-senyawa aromatik yang terdapat di

dalam kerosene dapat menimbulkan smoke point yang tinggi, sehingga kurang baik

untuk lampu penerangan maupun untuk bahan bakar pesawat terbang yang bermesin

jet. Komponen-komponen aromatik yang terkandung di dalam fraksi minyak pelumas

dari hasil distilasi vakum sangat tidak disukai karena dapat membentuk sludge setelah

teroksidasi. Disamping itu senyawa tersebut mempunyai viscosity index rendah. Di

dalam proses ekstraksi dikenal beberapa istilah yang sering digunakan dalam operasi

sehari-hari, yakni:

• Sovent: Pelarut yang digunakan untuk ekstraksi.

• Solut: Zat yang teriarut di dalam feed.

36

• Extrat: Bahan yang dipisahkan atau terekstrak dan feed

• Raffinate: Produk yang tidak teriarut dalam solvent.

• Extract phase: Phase yang kaya solvent.

• Raffinate phase: Phase yang miskin solvent.

• Reflux : Extract yang dikembalikan ke extractor.

• Lean solvent: Solvent yang memasuki extractor.

• Rich solvent: Solvent yang keluar dari extractor.

Proses ekstraksi secara sederhana dapat dilihat sebagaimana yang ditunjukkan

dalam Gambar (3.3). Terlihat dalam gambar tersebut, solvent memasuki extracting

unit melalui bagian atas dan feed masuk dan bagian bawah. Raffinate keluar dan

bagian atas dan extract keluar dan bagian bawah. Alat kontak yang terpasang di

dalam extractor membuat kontak antara solvent dan feed lebih inrim. Demikian pula

reflux yang diperlukan untuk memperoleh kemumian produk yang tinggi.

Gambar 3.3 Proses Ekstraksi Sederhana

Macam-macam Proses Ekstraksi

Khususnya di dalam Industri Minyak dan Gas Bumi, beberapa macam

proses ekstraksi yang digunakan diantaranya adalah:

a. Ekstraksi Edeleanu

b. Ekstraksi Furfural

37

c. Ekstraksi Udex

d. Ekstraksi Propane Deasphalting

e. Distilasi Ekstraktif

1. Ekstraksi Edeleanu

Bahan pelarut yang digunakan untuk proses ekstraksi ini adalah cairan

belerang dioksida (SO2) dan dikenal dengan nama Edeleanu.

Jika proses ini digunakan untuk memperbaiki mutu gasoline, suhu operasinya

sekitar -20°F, tetapi jika untuk lubricating oil, suhu operasinya berkisar antara 50 -

75°F. Biasanya perbandingan volume solvent terhadap volume feed 1 : 1. Gambar

(3.4) menunjukkan proses ekstraksi Edeleanu, proses ini digunakan untuk

memisahkan senyawa aromatik yang terdapat di dalam fraksi kerosene. Adanya

senyawa aromatik yang cukup tinggi kadarnya di dalam kerosene akan

mengakibatkan sifat pembakarannya jelek, yaitu kecenderungan kerosene membentuk

jelaga apabila dipakai sebagai bahan bakar. Karena kerosene mempunyai densitas

lebih rendah, maka diumpankan dari bagian bawah mengalir ke atas dan kontak

dengan solvent (belerang dioksida) yang mengalir kebawah karena densitasny lebih

berat. Selama kontak berlangsung, solvent melarutkan senyawa-senyawa aromatik

yang terkandung di dalam kerosene. Dalam proses ekstraksi ini diperoleh dua

macam aliran produk yang disebut ekstrak dan rafinat. Ekstrak adalah larutan solvent

yang banyak mengandung senyawa aromatik, sedangak rafinat adalah kerosene

yang telah diambil senyawa aromatiknya dengan sedikit solvent yang tenkut.

Untuk meningkatkan efisiensi proses, solvent di dalam ekstrak dan rafinat

dapat dimumikan kembali dengan cara distilasi yang selanjutnya dapat digunakan

kembali di dalam ekstraktor, dan demikian seterusnya.

2. Ekstraksi Furfural

Furfural (HO2CHC : CHCO2H) adalah sejenis solvent yang mempunyai

titik didih 324°F. Karena furfural mempunyai struktur sikiis, maka ia sangat efektif

untuk mengekstrak senyawa aromatik dan beberapa senyawa sikiis lainnya. Proses ini

38

digunakan secara luas untuk memperbaiki mutu minyak pelumas. Suhu operasi

bervariasi antara 150 - 250°F, tetapi pada kebanyakan refinery menggunakan suhu

operasi sekitar 200°F. Perbandingan jumlah solvent terhadap feed sekitar 2 : 1.

Diagram sederhana proses ekstraksi furfural ditunjukkan dalam gambar (3.5). Kontak

antara solvent dan feed biasanya dilakukan dengan aliran yang berlawanan arah.

Untuk membuat kontak yang lebih intim, di dalam extractor dilengkapi alat kontak,

seperti yang terlihat dalam gambar adalah rotating disk contactor (RDC).

Gambar 3.4 Proses Ekstraksi Edeleanu

Gambar 3.5 Proses Ekstraksi Furfural

39

Peralatan kontak tersebut terdiri dari sebuah silinder vertikal yang dibagi

menjadi beberapa kompartemen. Rotary disk dihubungkan dengan poros

yang menggerakkannya, dengan berputarnya disk membuat kontak antara solvent

dan feed menjadi lebih intim karena transfer masa dipacu oleh gerakan pengadukan

disk tersebut. Derajat pencampuran antara kedua fluida, tersebut dapat diatur dengan

mengatur kecepatan putaran disk.

3. Ekstraksi Udex

Solvent yang digunakan untuk proses ekstraksi ini adalah larutan Udex, yaitu

berupa larutan glycol-water. Suhu operasi biasanya berkisar antara 170 - 358°F.

Gambar (4-4) adalah diagram sederhana proses ekstraksi Udex. Udex adalah solvent

yang sangat baik untuk mengekstrak light aromatic. Jika produk dari proses ekstraksi

ini digunakan sebagai bahan baku petrokimia yang memerlukan kemumian

yang tinggi, maka untuk keperluan tersebut di dalam operasi ekstraksi harus

menggunakan reflux. Rich solvent dari extractor menuju ke solvent stripper untuk

dipisahkan dari solvent-nya dengan bentuan steam, extract keluar dari bagian puncak

stripper dan lean solvent keluar dari bagian bawah stripper. Sebagian dari extract

dikembalikan ke extractor sebagai reflux. Raffinat yang keluar dari bagian puncak

extractor dicuci dengan air untuk mengambil glycol. Larutan glycol-water yang

dihasilkan dicampur bersama-sama dengan lean solvent dikembalikan lagi ke

extractor.

40

Gambar 3.6 Proses Ekstraksi Udex

4. Ekstraksi Propane Deasphalting

Proses ini dipakai untuk memisahkan asphalt (bitumen) dari minyak yang

mengandung asphalt atau untuk membersihkan minyak lumas dari asphalt. Sebagai

bahan pelarut digunakan cairan propane, dimana propane akan melarutkan minyak

(biasanya senyawa paraffinic dan sekaligus memisahkan aspalt.

Pada gambar (3.7) menunjukkan diagram sederhana proses ekstraksi untuk

propane deasphalting.

Gambar. 3.7 Proses Ekstraksi Propane Deasphalting

41

Deasphalting sesungguhnya adalah proses ekstraksi bertekanan diatas tekanan

atmosfir dengan mengontakkan feed dengan cairan propane secara berlawanan arah

melalui sebuah packed column. Minyak masuk melalui bagian tengah kolom dan

propane melalui bagian dasar kolom. Propane akan melarutkan senyawa-senyawa

paraffinic dan keluar dan bagian puncak kolom. Asphalt yang telah terpisahkan turun

ke bagian dasar dan keluar menuju furnace untuk dipanaskan yang selanjutnya

dipisahkan dari propane di dalam flash drum dan stripper. Sedangkan minyak yang

keluar dari bagian puncak kolom dipisahkan propanenya di dalam evaporator

bertingkat dan stripper.

Minyak lumas yang dihasilkan telah bebas dari asphalt, dan propane yang

telah dipisahkan dapat digunakan kembali. Demikian selanjutnya proses ini

berlangsung. Suhu operasi ekstraksi ditetapkan berdasarkan tekanan operasi,

semakin tinggi tekanannya semakin tinggi suhu operasinya. Proses ini biasanya

diikuti dengan proses ekstraksi furfural untuk mendapatkan tingkat kemumian produk

yang tinggi. Pengembangan proses ini adalah dengan rnenggunakan dua macam

solvent, yaitu propane dan campuran phenol-cresol atau selecto. Dua macam solvent

ini dikenal dengan nama duo-sol. Propane dalam hal ini digunakan untuk melarutkan

paraffinic hydrocarbons, sedangkan campuran phenol-cresol digunakan untuk

melarutkan naphthenic hydrocarbon.

5. Distilasi Ekstraktif

Suatu proses yang digunakan untuk memisahkan senyawa aromatik mumi dari

fraksi gasoline adalah dikenal sebagai distilasi ekstractif (extractive

distillation).

Aromatik-aromatik tersebut adalah benzene, toluen dan xylene (BTX). Ketiga

macam senyawa aromat tersebut adalah banyak digunakan sebagai feed stock untuk

industri petrokimia.

Diagram sederhana proses distilasi ekstraktif dapat dilihat dalam gambar

(3.8). Fraksi gasoline, apakah dari straight run, thermally cracked, catalyrically

cracked atau catalytically reformed digunakan dalam proses ini. Feed yang

42

mengandung senyawa-senyawa aromatik dan aliphatic dipanaskan hingga mencapai

suhu yang dikehendaki dan diumpankan ke dalam kolom distilasi.

Gambar 3.8 Proses Distilasi Ekstrak-tif

Solvent yang mana senyawa aromatik lebih mudah dilarutkan dari pada

senyawa yang lain diumpankan dekat dengan bagian puncak kolom. Solvent

mengekstrak senyawa aromatik dan keluar melalui bagian dasar kolom menuju ke

kolom yang kedua (kolom distilasi). Pada kolom yang kedua senyawa aromatik

dipisahkan dari solvent yang melarutkannya dengan cara distilasi. Dalam hal ini

solvent yang digunakan adalah phenol, disirkulasikan kembali ke kolom ekstraksi.

Jenis solvent lain yang dapat digunakan untuk proses ini diantaranya adalah sulfolane

dan acetonitrile. Jika hydrogen fluoride (HF) yang digunakan sebagai solvent-

nya, maka suhu operasinya diatur berkisar antara 100 - 125°F. Laju sirkulasi

solvent sekitar 0,15 - 0,3 volume solvent per volume feed. Hydrogen fluoride dapat

memisahkan senyawa belerang dan senyawa-senyawa aromatik kompiek secara

efektif.

Asam sulfat digunakan untuk mengekstrak isobutene. Konsentrasi asam sulfat

untuk keperluan ini sekitar 65%. Isobutene diekstrak dari campuran butane-butene.

Isobutene murni sangat berguna di dalam pembuatan karet sintetis.

43

Solvent jenis lain yang disebut dengan nama ammoniacal copper acetate

banyak digunakan untuk mengekstrak butadiene. Produk butadene dapat dipisahkan

dari solvent dengan cara fraksinasi pada tekanan sekitar 15 psig dan suhu pada

bagian dasar kolom sekitar 175°F.

Absorpsi

Sebagaimana telah dibicarakan sebelumnya, dengan distilasi pada tekanan

atmosfir dapat dipisahkan campuran berbagai senyawa hidrokarbon menurut

perbedaan titik didihnya. Hidrokarbon-hidrokarbon yang terlalu berat harus didistilasi

pada tekanan vakum karena terlalu tinggi titik didihnya pada tekanan atmosfir.

Sebaliknya hidrokarbon-hidrokarbon yang terlalu ringan harus didistilasi pada

tekanan tinggi karena terlalu rendah titik embunnya (juga titik didihnya) pada tekanan

atmosfir.

Cara lain untuk memisahkan hidrokarbon yang sangat ringan tanpa memakai

tekanan yang terlalu tinggi atau pendinginan yang terlalu rendah adalah absorpsi.

Absorpsi adalah suatu proses pemisahan komponen gas berdasarkan atas perbedaan

kelarutan gas terhadap cairan pelarut (solvent). Gas-gas yang lebih berat (lebih

mudah mengembun) akan lebih mudah larut dari pada gas-gas ringan. Solvent yang

khusus untuk proses ini disebut absorbent.

Absorbent yang telah digunakan dapat dimumikan kembali dengan cara

distilasi dan kemudian digunakan kembali kedalam absorber. Sebagai alasan

mengapa proses absorpsi dipilih, pertimbangannya adalah factor ekonomis. Sebagai

contoh, pemisahan hidrokarbon ringan dalam campuran gas mungkin lebih ekonomis

jika menggunakan cara absorpsi dari pada fraksinasi yang harus menggunakan suhu

rendah dan tekanan tinggi.

Ada gas alam yang dihasilkan dari beberapa ladang gas tanpa mengandung

senyawa belerang dan sedikit sekali mengandung carbon dioxide, gas semacam ini

disebut sweet gas dan tidak menjadi persoalan dalam proses pemumiannya. Tetapi

tidak sedikit ladang-ladang gas yang produksi gas-nya banyak mengandung senyawa

44

sulfur, gas semacam ini disebut sour gas dan dalam proses pemumiannya banyak

kesulitan yang timbul.

Untuk keperluan distribusi gas, total sulfur content di dalam gas alam disyaratkan

harus dibawah I grain/Cscf (I grain = 64,8 mg; Cscf = 100 standard cubic feet), tetapi

untuk keperluan industri disyaratkan total sulfur content harus dibawah 0,25

grain/Cscf.

Kandungan carbon dioxide (CO2) di dalam gas alam urnumnya berkisar antara

0,1 - 6 %, narnun di Indonesia seperti dilapangan Natuna kandungan carbon dioxide

di dalam gas alam mencapai 70 %. CO2 tidak begitu berpengaruh terhadap peralatan

operasi tetapi cukup berpengaruh terhadap nilai kalori bahan bakar.

Prinsip Operasi Absorpsi

Proses absorpsi dapat dikatakan hampir mirip dengan proses distilasi, gas

yang mengandung komponen-komponen berat diumpankan melalui bagian bawah

(bottom) kolom absorpsi dan solvent (lean solution) diumpankan dan bagian atas

(top) kolom. Gas kering sebagai hasil proses absorpsi meninggalkan kolom melalui

bagian puncak dan sementara solvent beserta komponen yang terlarut (rich solution)

keluar melalui bagian dasar kolom.

Suhu di dalam unit absorpsi dikendalikan oleh jumlah dan suhu lean solution.

Operasi absorpsi akan lebih baik fleksibilitasnya jika digabung dengan stripping

dalam satu menara, dan menara untuk keperluan ini disebut "rectifying absorber".

Macam-macam Proses Absorpsi

Didalam industri migas dan petrokimia, proses absorpsi banyak diterapkan

untuk pemumian misalnya pemisahan CO2 dan H2S dari gas alam atau pengambilan

kembali (recovery) suatu komponen/bahan tertentu misalnya benzene, toluene, dsb.

Absorpsi juga banyak digunakan secara luas untuk proses

pemisahan hidrokarbon-hidrokarbon dengan 3 atau 4 atom karbon (C3 dan C4)

misalnya propan, propylen, butan, butylen dan hidrokarbon dengan 1 atau 2 atom

karbon (C1 dan C2) seperti metan, etylen, acetylen, atau gas-gas ringan lainnya.

45

Karbon dioksida (CO2) yang terbawa oleh gas alam dapat dihilangkan dengan

cara absorpsi, dan karena yang digunakan sebagai solvent jenis organic amine, maka

proses ini sering disebut "amine process". Solvent yang digunakan bisa berupa

monoethanol amnine (MEA), diethanolamine (DEA), atau triethanolamine (TEA).

Dalam proses ini beberapa reaksi kimia antara gas asam yang ada di dalam

gas alam dan amine dapat terjadi. Dari reaksi yang terjadi menghasilkan amine

carbonate, bicarbonate dan hidrosulfida. Konsentrasi amine untuk keperluan ini

direkomendasi antara 15 - 25% dalam air. Gambar (A-1) menunjukkan diagram

sederhana aliran proses untuk menghilangkan karbon dioksida dari gas alam

dengan menggunakan amine solution.

Gas alam diumpankan melalui bagian bawah menara absorber sedangkan MEA

melalui bagian puncak menara. Di dalam menara dipasang alat kontak, dan

kebanyakan untuk jenis gas yang korosif menggunakan bahan inert seperti ceramic.

Bentuk ceramic dibuat sedemikian rupa sehingga mempunyai luas,permukaan

kontak yang besar. Gas yang telah bebas CO2 meninggalkan menara melalui bagian

puncaknya sedangkan rich solution (MEA dan CO2) melalui bagian bagian dasar

menara. Rich solution selanjutnya diumpankan ke menara distilasi atau stripper

untuk memumikan kembali MEA yang kemudian digunakan kembali ke absorber.

Larutan MEA yang memasuki absorber ini disebut lean solution (larutan

miskin) karena miskin akan kandungan CO2, dengan kata lain kemampuan larutan

MEA telah pulih kembali untuk mengikat CO2. Karena persoalan korosi besar

kemungkinannya terjadi, maka larutan MEA yang digunakan harus ditambahkan

additive sebagai corrosion inhibitor. Stripper atau menara distilasi sesungguhnya

merupakan unit regenerasi. Steam yang digunakan untuk meregenerasikan larutan

MEA sekitar 0,5 kg steam setiap 4 liter larutan MEA. Gas alam yang telah

dimumikan biasanya mengandung kurang dari 20 ppm CO2 dan I ppm air.

Contoh lain adalah absorpsi untuk treatment gas basah dari hasil perengkahan

katalitik (catalytic cracking). Zat cair pelarut yang digunakan adalah fraksi gasoline

yang telah dipisahkan dari C4 yang berasal dari kolom debutanizer. Gasoline yang

46

belum distabilkan (unstabilized gasoline) dipakai sebagai feed. Dalam proses ini

dilakukan secara serentak stabilisasi gasoline.

Macam proses lain sesuai dengan penggunaannya diantaranya adalah

"Girbotol process", yaitu digunakan untuk membersihkan sulfur dalam bentuk

hidrogen sulfida (H2S) yang terkandung didalam gasoline, kerosine, dll. Jenis pelarut

yang digunakan adalah diethanol amine (DEA).

Hydrogen Sulfide Removal

Untuk menghilangkan hydrogen sulfide (H2S) dalam gas alam dapat

dilakukan dengan berbagai cara proses, Beberapa proses yang dapai diterapkan

diantaranya adalah sebagai berikut:

Amine process

Sodium carbonate process

Potasium Carbonate process

Iron oxide process

Sodium phenolate process

Tripotasium process

Hingga dewasa ini jika dibanding dengan proses-proses yang lain, amine

process masih cukup dikenal dan banyak diterapkan karena mempunyai banyak

keuntungan. Amine process lebih fleksibel untuk menangani gas alam yang

mempunyai kandungan sulfur maupun carbon dioxide dengan variasi yang tinggi.

47

Gambar 3.9 Amine Process

1. Amine Process

Amine process tidak hanya digunakan untuk menghilangkan hydrogen

sulfide, tetapi juga carbon dioxide dari gas alam maupun dari gas hasil pengolahan

minyak bumi. Jenis amine yang digunakan urnumnya adalah MEA (monoethanol

amine), DEA (diethanol amine), TEA (triethanol amine). Jika menggunakan MEA,

kaonsentrasi larutan sekitar 15 -20%; DEA dengan konsentrasi larutan sekitar 20-

30%, dan TEA dengan konsentrasi larutan sekitar 50 %. Jika di dalam gas alam tidak

mengandung carbonyl sulfide (COS) maka larutan monoethanol amine sering

digunakan untuk keperluan ini, narnun kandungan H2S di dalam gas alam tidak boleh

lebih besar dari 0,25 grain/Cscf. Untuk keperluan ini MEA mampu menurunkan

kandungan H2S hingga mencapai 0,05 grain/Cscf.

Jika di dalam gas alam mengandung carbonyl sulfide maka harus

menggunakan larutan Diethanol amine, karena carbonyl sulfide akan bereaksi

dengan amine primer membentuk senyawa yang tidak dapat diregenerasi. Gas yang

48

ditangani dengan menggunakan DEA pada urnumnya jarang yang kandungan H2S-

nya lebih rendah dari 0,5 grain/Cscf.

Prinsip kerja proses ini adalah absorpsi yang diikuti dengan reaksi kimia

dalam larutan air antara aliphatic alkoholamine dengan gas asam seperti H2S

dan CO2 pada

temperatur sebagaimana kondisi atmosfir. Kesetimbangan reaksi akan menurun

secara cepat dengan sedikit naiknya temperatur dan melepaskan gas tersebut. Proses

semacam ini termasuk proses absorpsi yang disertai dengan reaksi kimia. Reaksi

tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan benkut dimana RNHi menunjukkan

monoethanol amine (MEA) dan R menunjukkan gugus HOCH2CH2.

100

1. 2 RNH2 + H2S (RNH2)2.H2S

240

120

2. 2RNH2 + CO2 + H2O (RNH2)2.H2CO3

300

atau

100

3. 2 RNH2 + H2S (RNH3)2.S

240

120

4. 2 RNH2 + CO2 + H2O (RNH3)2.CO3

300

Setiap kelompok persamaan yang sama dapat dipakai untuk diethanol amine dan

triethanol amine.

Perlu diingat bahwa berdasarkan persamaan reaksi tersebut, reaksi akan

membalik ke arah kiri dan diawali oleh H2S dan amine pada temperatur yang lebih

rendah dibanding untuk CO2. Oleh karena itu temperatur kontak untuk

49

menghilangkan H2S harus sama atau lebih rendah dan 100 °F. Juga, temperatur

disosiasi untuk CO2 lebih tinggi dan pada untuk H2S. Oleh karena itu untuk proses

stripping nantinya temperatur yang ditetapkan harus lebih besar dari 300 °F.

Karena proses ini proses secara fisika yang disertai dengan reaksi kimia, maka

naiknya kekuatan larutan atau rate of flow akan dapat meningkatkan kapasitas

penghilangan gas asam. Narnun demikian kenaikan tersebut harus betul-betui

dievaluasi secara cermat karena larutan yang lebih kuat atau naiknya flow rate yang

berlebihan justru akan menurunkan kemampuan regenerasinya, dan akibatnya

konsurnsi amine akan menjadi lebih tinggi.

Untuk plant tertentu yang menggunakan larutan monoethanol amine (MEA)

dengan konsentrasi antara 15 -20%, konsurnsi MEA berkisar antara 0,6 - 1,5

lb/MMscf gas yang diolah. Ttekanan operasi untuk keperluan proses ini bervariasi

antara 200 – 50 psig, dengan catatan bahwa kandungan gas asam (H2S dan CO2) di

dalam gas yang diolah di bawah 3 .

Kesetimbangan H2S dan CO2 pada 15 % larutan MEA dan 30 °/o larutan DEA

berturut- turut ditunjukkan dalam gambar 4-58 dan 4-59. Karena proses

didasarkan pada kesetimbangan reaksi kimia maka total beban larutan tidak akan

pemah melampaui nilai amine yang bereaksi untuk H2S dan CO2 sebagaimana yang

ditunjukkan dalam persamaan reaksi sebelumnya.

Gambar 4-60 menunjukkan gas asam yang dapat diambil berdasarkan

kesetaraan reaksi dengan allowance untuk gas asam meninggalkan larutan setelah

regenerasi; yaitu suatu beban khusus dalam suatu unit tertentu akan memerlukan

sekitar 1,6 kali banyaknya sirkulasi DEA dibandingkan dengan sirkulasi MEA.

Dalam gambar tersebut menjelaskan untuk kondisi tekanan dan temperatur tertentu,

sedangkan untuk berbagai variasi tekanan dapat dilihat dari tabel I yang diperoleh

dari commercial operating unit.

Siklus operasi dan peralatan operasi yang diperlukan untuk amine process ini sama

seperti proses absorpsi dan stripping pada sebuah natural gasoline plant. Dalam

gambar 4-61 menunjukkan salah satu jenis amine gas treater di mana gas masuk dari

bagian bawah absorber dan kontak dengan larutan amine secara berlawanan arah

50

pada temperatur antara 80- 100 °F. Larutan amine yang masuk melalui bagian atas

absorber setelah kontak dengan gas akan membawa gas asam (H2S dan CO2).

Larutan amine yang telah jenuh dengan gas asam (sering disebut foul sloution)

keluar dari absorber kemudian dipanaskan hingga mencapai temperatur 180 °F dan

selanjunta memasuki actifying still. Di dalam actifying still terjadi transfer masa

dimana larutan amine akan melepaskan gas asam. Sedangkan untuk membantu

pemisahan gas asam agar lebih sempuma, maka di dalam actifying still diinjeksikan

steam yang fungsi utamanya adalah untuk mendorong (membantu menguapkan) gas

asam.

Larutan amine yang meninggalkan actifying still (sering disebut lean

solution) masih membawa panas dan panas tersebut dapat dimanfaatkan untuk

pemanasan foul solution di dalam heat exchanger. Keluar dari heat exchanger lean

amine dimasukkan ke dalam cooler untuk mendapatkan pendinginan dan kemudian

untuk sementara ditampung di dalam surge tank. Dari surge tank lean solvent

dipompakan kembali ke absorber untuk digunakan sebagai absorbent kembali.

Demikian terus berulang sikius amine di dalam proses gas treater ini.

2. Sodium Carbonate Process

Sodium carbonate process (soda ash trater) seperti yang terlihat dalam gambar

4-67 urnumnya digunakan untuk pemumian gas buatan. Tekanan operasi absorber

sangat rendah dan kemampuan menghilangkan H2S sekitar 85 % jika dioperasikan

untuk gas buatan, sedangkan jika untuk gas alam tekanan operasinya bisa sampai 500

psig. Gas meninggalkan absorber dengan kandungan H2S sekitar I - 5 grain/Cscf.

Konsentrasi larutan biasanya sekitar 3-3,5% sodium carbonate. Gas asam bereaksi

dengan larutan sodium carbonate dengan persamaan reaksi seperti berikut:

H2S + Na2CO3 2 NaHS + NaHCO3

CO2 + Na2CO3 + H2O 2 NaHCO3

Secara teoritis absorbent dapat menyerap H2S sampai tekanan uap H2S sarna dengan

tekanan parsial uap di dalam inlet gas, narnun dalam kenyataannya tidak mungkin hal

itu dapat dicapai.

51

Flow rate larutan sodium carbonat (absorbent) yang digunakan untuk

keperluan ini pada urnumnya berkisar antara 60 sampail50 gal/Mscf gas, dan hal ini

sangat tergantung pada konsentrasi H2S dan CO2 dalam gas. Untuk jenis oven gas

(atau gas buatan) yang mengandung H2S berkisar antara 3 – 5 grain/scf, CO; antara

1,5 - 2,0 %, flow rate larutan yang diperlukan untuk pemumian gas tersebut

jumlahnya sekitar 60 - 70 gal/Mscf dengan carrying capasity sekitar 50 grain/gal.

Larutan meninggalkan absorber kemudian dipanaskan dengan steam dan menuju ke

bagian puncak aerating tower atau actifier, dimana reaksi yang disebutkan

sebelumnya mengarah ke kiri. Reaksi tersebut sesuai dengan pengaruh temperatur

dan di dalam stripping gas H2S dan CO2 lepas dan keluar melalui bagian puncak.

Urnumnya absorber berupa kolom yang dilengkapi dengan bubble tray atau packed

column dengan larutan masuk melalui bagian puncak dan sour gas melalui bagian

dasar. Jika digunakan untuk pemumian gas alam, maka tekanan operasinya sekitar

500 psig. Larutan yang telah membawa gas asam (spent solution) keluar dari bagian

dasar absorber menuju ke heat exchanger untuk mendapatkan pemanasan. Dari

heat exchanger spent solution masuk ke dalam aerating tower melalui bagian

puncaknya, kemudian kontak dengan udara secara berlawanan arah. Udara

dihembuskan dari bagian bawah aerating tower dengan bantuan fan.

Kemungkinan terbentuknya thiosulfate bisa saja terjadi karena terjadinya

oksidasi larutan. Thiosulfate tersebut tidak dapat diregenerasi, oleh karena itu

beberapa larutan harus dipisahkan dan fresh solution ditambahkan untuk menjaga

agar konsentrasi thiosulfate relatif rendah. Jika gas yang ditangani ini banyak

mengandung CO2, maka larutan harus dipanaskan agar mencapai temperatur yang

lebih tinggi sehingga reaksinya menjadi lebih efektif. Pada temperatur yang relatif

lebih tinggi akan menyebabkan jumlah air yang hilang menjadi lebih banyak, oleh

karena itu diperlukan air tambahan (make up) dalam jumlah yang memadai. Jika di

dalam air mengandung disolved solid, maka konsentrasi disolved solid lama

kelamaan akan menjadi tinggi dan pada batas konsentrasi tertentu disolved solid

tersebut akan keluar dari larutan dan membentuk endapan. Endapan tersebut dapat

52

terjadi di dalam aerating tower dan kemudian menimbulkan penyumbatan dan

akhirnya menuninkan kapasitas.

Dalam prakteknya untuk mengetahui seberapa besar kandungan garam-garam

di dalam larutan absorbent dapat dilakukan dengan pengujian contoh, yaitu

dengan cara mendinginkan contoh hingga mencapai temperatur minimum plant dan

kemudian ditambahkan beberapa sodium bicarbonate padat. Larutan tersebut

kemudian di test untuk melihat alkalinitasnya naik atau tida~. Jika alkalinitas naik

menunjukkan bahwa larutan telah melarutkan beberapa sodium karbonate. Dari

hasil seperti ini dapat disimpulkan bahwa deposit tidak akan terjadi pada lokasi

yang dingin. Jika hasil test menunjukkan tidak ada kenaikan alkalinitas, maka kondisi

operasi plant harus dikoreksi dengan menaikkan temperatur atau dengan

mengencerkan larutan untuk menurunkan konsentrasi garam-garam thiosulfate.

Keuntungan proses seperti ini adalah unitnya kecil sehingga tidak banyak memakan

tempat, absorbent yang digunakan relatif murah, dan operasinya lebih sederhana.

Konsurnsi sodium carbonate untuk mengolah gas alam pada tekanan 500 psig

berkisar antara 0,01 - 0,05 lb/Mscf. Biaya operasi untuk mengolah gas alam yang

kandungan CO2 lebih kecil dari I % cukup rendah, tetapi jika lebih besar dari I %

biaya operasinya relatif mahal.

Untuk menurunkan pembentukan garam thiosulfate karena reaksi, maka

proses ini dapat dimodifikasi dengan melengkapi vacuum system yang sering dikenal

sebagai 'Vacuum Carbonate Process". Pengembangan pertama proses ini dengan

menggunakan steam untuk stripping sebagai pengganti udara yang digunakan untuk

regenerasi larutan.

3. Jenis Proses yang lain

Proses-proses yang lain yang dapat digunakan untuk keperluan sulfur

removal banyak jemsnya. Amine process dapat digabung dengan hot potash atau

glycol dengan tujuan untuk menurunkan biaya operasi, demikian juga modifikasi

yang dilakukan pada dasarnya adalah untuk menekan biaya operasi tanpa mengurangi

target hasil yang diinginkan.

53

3.1. Potasium Carbonate Process

Hot potasium carbonate dapat menyerap CO2 dan H2S, dan untuk memulihkannya

dapat diregenerasi dengan menggunkan steam. Jumlah steam yang diperlukan

urnumnya lebih kecil dibanding dengan untuk amine process.

3.2. Iron Oxide Process

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar 4-68, H2S dapat dihilangkarl dengan

menggunakan Iron oxide sekitar 5-10 lb/cuft dalam campuran dengan serpihan kayu.

Penghilangan H2S akan lebih efisien pada tekanan tinggi.

Reaksi yang terjadi dalam proses ini seperti benkut:

Fe2O3 + 3 H2S Fe2S + 3H2O

2 Fe2S3 + 3O2 2 Fe2O3 + 6 S

2 H2S + O2 2 H2O + 2 S

3.3. Sodium Phenolate Process

Proses ini ditunjukkan dalam gambar 4-69 dan jarang digunakan untuk mengolah gas

alam karena efisiensinya rendah. Disamping itu konsurnsi steam yang

diperlukansangat tinggi.

Reaksi yang terjadi dalam proses ini seperti berikut:

NaOC6H5 + H2S NaHS + C6H5OH

NaOC6H5 + CO. + H2O NaHCO3 + C6H5OH

3.4. Tripotassium Phosphate Process

Jenis proses ini kebanyakan digunakan untuk menangani refinery gas seperti yang

terlihat dalam gambar 4-70. Dengan menggunakan proses seperti ini kandungan H2S

dapat diturunkan dari 3000 menjadi 15 grain/Cscf dengan menggunakan larutan yang

mengandung 32 % K3PO4. Reaksi yang terjadi dalam proses ini seperti berikut:

K3PO4 + H2S KHS + K2HPO4

K3PO4 + CO2 + H2O KHCO3 + K2HPO4

54

Carbon Dioxide Removal

Carbon dioxide (CO2) yang terkandung di dalam gas alam dapat dipisah

bersama-sama dengan hydrogen sulfide dengan menggunakan amine process atau

proses yang lainnya sebagaimana dibahas sebelumnya. Proses yang dibahas

sebelumnya pada urnumnya hanya sekedar menurunkan kandungan CO2 dalam

gas alam, sedangkan yang akan dibahas disini adalah untuk menghilangkan CO2

dalam jumlah yang besar. Pada prinsipnya proses yang diterapkan untuk keperluan ini

adalah absorpsi dengan menggunakan organic solvent. Tekanan operasi bervariasi

antara 300 - 1000 psig dengan kandungan CO2 di dalam gas alam cukup tinggi, yaitu

sekitar 5-60%. Di dalam proses ini tidak terjadi reaksi kimia dan mumi proses fisika

dengan menggunakan absorbent seperti propylene carbonate, glycol triacetate,

butoxy diethylene glycol acetate, dan methoxy triethylene glycol acetate. Jenis

solvent ini juga dapat menghidrasi air yang terdapat di dalam gas alam.

Sebagai contoh penerapan cara ini yaitu pada sebuah plant yang dirancang

untuk memurnikan gas alam dengan kandungan CO2 dari konsentrasi 53 % menjadi

2 °/o pada kapasitas operasi berkisar 220 MMscfd gas alam. Solvent yang digunakan

adalah jenis propylenen carbonate. Untuk meregenerasikan solvent dilakukan dengan

cara flash operation, yaitu dengan memisahkan fase uap dan fase cair dalam

campuran di dalam flash chamber. Hydrocarbon yang terlarut di dalam solvent

dipisahkan di dalam flash camber tingkat pertama dengan cara menurunkan suhu.

Hydrocarbon yang terpisah keluar melalui bagian puncak kemudian ditekan dan

dikirim kembali ke absorber bersama-sama dengan feed. Gas CO2 yang masih

terbawa oleh solvent dipisahkan di dalam flash chamber tingkat kedua dengan cara

yang sama. Dengan cara regenerasi seperti ini diharapkan tingkat kemumian solvent

dapat dijaga tetap tinggi.

Adsorpsi

Adsorpsi adalah proses pemisahan suatu zat dalam campuran/larutan dengan

cara penyerapan melalui permukaan zat padat yang disebut adsorbent.

Campuran/larutan yang dimaksud dalam hal ini dapat berupa gas atau cairan.

55

Adsorbent adalah zat padat yang mempunyai porositas tinggi (misalnya activated

charcoal, silica gel, molecular sieve). Hasil adsorpsi sangat dipengaruhi oleh luas

permukaan adsorbent, semakin luas semakin besar daya serapnya.

Contoh penerapan adsorpsi yang banyak dilakukan di lapangan diantaranya adalah

untuk:

a. Pemisahan bahan dan fase gas:

• Pengeringan udara

• Pengeringan gas

• Penghilangan bau atau wama

• Penghilangan impurities

• Pengambilan uap yang bermanfaat dari udara/gas

b. Pemisahan bahan dari cairan:

• Penghilangan kadar air dalam produk minyak

• Penghilangan wama dalam produk minyak

• Menghilangkan wama atau bau dalam air

• Memisahkan umpan hidrokarbon parafin dan aromat.

1. Prinsip Operasi Adsorpsi

Prinsip-prinsip adsorpsi adalah dengan cara mengkontakkan larutan yang

berbentuk gas atau cairan pada permukaan adsorbent sehingga zat-zat yang mudah

mendifusi ke dalam permukaan adsorbent akan terikat pada permukaan tersebut.

Dalam operasi pemisahan solid-liquid dengan cara adsorpsi ada juga yang

mekanismenya melalui pertukaran ion (ion exchange), lon-ion yang dapat bertukar

secara reversible antara solid dan larutan elektrolit dapat memisahkan zat terlarul

elektrolitik (electrolitic solute). Mekanisme pertukaran ion seperti ini tidak hanya

karena interaksi antara ion dan solid, tetapi juga karena diffusi ion-ion ke dalam fase

padat (solid phase).

Gambar (6-1) dan (6-2) menunjukkan skema sederhana sistem adsorpsi dan

regenerasi adsorbent. Hidrokarbon berat yang terkandung di dalam suatu campuran

gas biasanya mudah mengembun pada permukaan zat padat berpori seperti activated

56

charcoal alumina, dan silica gel. Oleh karena itu untuk pengolahan gas alam

banyal menggunakan metoda adsorpsi.

2. Macam-Macam Adsorbent

Silica gel dan charcoal dapat diperoleh dan berbagai sumber seperti tulang,

kayu, lignite, dsb. yang sangat efektif sebagai bahan adsorbent. Bahan-bahan

tersebut mempunyai struktur yang sangat berpori dan permukaannya sangat luas

sehingga daya serapnya sangat besar. Untuk meningkatkan daya adsorpsi

adsorbent dapat dilakukannya dengan mengaktifkannya melalui berbagai cara. Salah

satu contoh, arang kayu dapat diaktifkan dengan cara memanaskannya antara suhu

350 - 1000"C di ruang vakum. Dengan cara ini untuk mengadsorp carbon tetra

chloride pada suhu 24°C dapat meningkat dari 0,011 kg/kg arang menjadi 1,48

kg/kg. Pengaktifan tersebut sesungguhnya meliputi penguapan impurkities sehingga

permukaan bebasnya menjadi sangat luas.

Pada dasarnya jumlah gas yang dapat diadsorp tergantung pada sifat adsorbent dan

sifat gas yang diadsorp. Sedangkan variabel lain yang mempengaruhi adalah luas

permukaan adsorbent, suhu dan tekanan gas.

Tabel (6-1) berikut menunjukkan beberapa adsorbent yang sering digunakan

secara komersial. Hubungan antara jumlah zat yang diadsorp oleh adsorbent dan

tekanan kesetimbangan atau konsentrasi pada suhu konstan disebut "adsorption

isotherm ".

Karena adsorpsi merupakan suatu peristiwa yang terjadinya pada permukaan, maka

adsorbent yang baik harus mempunyai porositas yang besar dan luas permukaannya,

misalnya lignite mempunyai luas permukaan bisa sampai 1.000.000 nr/kg.

57

Gambar 3.10 Sistem Adsorpsi

Gambar 3.11 Regenerasi Adsorbent

58

Tabel (6-1): Macam-macam adsorbent dan penggunaannyi

Sifat lain bagi adsorbent yang penting adalah diffusion rate-nya, yaitu laju

perpindahan masa antara cairan atau gas dan adsorbent solid. Semakin pendek

lintasan difusinya, maka akan semakin tinggi transfer rate-nya.

59

3. Macam-Macam Adsorpsi

Macam-macam adsorpsi secara umum dibedakan menjadi dua, yaitu

adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia.

3.1. Adsorpsi Fisika

Adsorpsi fisika (Van der Waals adsorption) adalah suatu peristiwa reversible (timbal

balik) secara cepat yang dihasilkan oleh gaya tank antara molekul-molekul adsorbeni

dan zat yang diadsorp.

Sebagai contoh, jika gaya tank intermolekular antara adsorbent dan gas lebih besar

dan yang ada di dalam gas itu sendiri, maka gas akan mengembun pada permukaan

adsorbent meskipun tekanannya lebih rendah dari tekanan uap pada suhu dimana ia

beroperasi.

3.2. Adsorpsi kimia

Adsorpsi kimia (activated adsorption) adalah hasil interaksi kimia antara adsorbent

dan zat yang diserap. Kekuatan ikatan kimia sangat berpengaruh terhadap

kemampuan adsorpsi, senyawa kimia yang dapat dikenali biasanya tidak dalam

bentuk yang sebenarnya, tetapi daya ikatanya urnumnya jauh lebih besar dari pada

adsorpsi fisik. Panas yang dilepas selarna

adsorpsi kimia biasanya cukup besar. Proses adsorpsi secara kimia ini biasanya

bersifat irreversible, dan pada desorpsi-nya sering didapati telah mengalami

perubahan kimia.

Alat Penukar Panas

Dalam proses-proses industri, perpindahan energi dilaksanakan dengan

berbagai ragam cara, termasuk di antaranya dengan konduksi di dalam pemanas

tahanan-listrik; konduksi-konveksi didalam penukar panas (heat exchanger), ketel

didih (boiler) dan kondensor (condensor), radiasi di dalam tungku (furnace) dan

pengering panas-radiasi (radiant-heat dryer), dan dengan berbagai metode khusus

seperti pemanasan dielektrik. Sering kali peralatan itu bekerja dalam kondisi keadaan-

60

stedi (steady state). Tetapi dalam berbagai proses ada pula yang operasinya siklus,

seperti misalnya dalam tungku regenerasi dan dalam bejana-proses berpengaduk.

Peralatan penukar panas pada umumnya digunakan di industri kimia, baik di

bagian proses maupun utilitas. Peralatan tersebut dapat berupa penukar panas yang

berfungsi sebagai pemanas atau pendingin, boiler, dryer, cooling tower, condensor,

evaporator, dan sebagainya. Terkadang dalam alat penukar panas disertai juga

perpindahan massa, misalnya penguapan, pengembunan, atau perpindahan massa

antar fase.

Rancangan umum peralatan penukar-panas.

Perancangan dan pengujian peralatan praktis untuk pertukaran.panas

didasarkan atas prinsip-prinsip perpindahan panas. Pertama, harus dibuat dulu neraca

bahan dan neraca energi. Dari hasil neraca itu, dihitung luas bidang perpindahan-

panas yang diperlukan. Besaran yang harus dihitung selanjutnya adalah koefisien

perpindahan-panas menyeluruh, beda-suhu rata-rata, dan dalam peralatan siklus

(daur), waktu siklusnya. Dalam peranti-peranti sederhana, besaran-besaran ini dapat

dievaluasi dengan mudah dengan ketelitian yang cukup tinggi, tetapi dalam peralatan

yang rumit evaluasi ini mungkin tidak mudah dan mengandung berbagai

ketakpastian. Rancangan akhir hampir selalu merupakan kompromi yang didasarkan

atas pertimbangan keteknikan guna memberikan unjuk-kerja menyeluruh yang

terbaik dari berbagai segi persyaratan tugas kerjanya.

Kadang-kadang rancangan itu ditentukan oleh berbagai pertimbangan yang

hampir tidak ada hubungannya sama sekali dengan perpindahan-panas, seperti,

umpamanya, ruang yang tersedia untuk menempatkan peralatan itu, atau penurunan

tekanan yang dapat diperbolehkan dalam arus fluida. Penukar-panas jenis tabung,

pada umumnya dirancang sesuai dengan berbagai standar dan kode, seperti Standards

of the Turbulen Exchanger Manufacturers Association (TEMA) 'Standar Asosiasi

Pembuat Penukar Panas jenis Tabung’, dan ASME-API Unfired Pressure Vessel

Code* 'Kode Bejana Tanpa-Api dari ASME-API', yang memuat secara rinci bahan

alat, metode pembuatan, teknik perancangan, dan dimensinya.

61

Penukar-panas merupakan peralatan yang sangat penting dan banyak

digunakan dalam industri pengolahan; sedemikian rupa, sehingga rancangannya pun

sudah sangat berkembang. Standar-standar yang telah disusun dan diterima oleh

TEMA sudah ada dan meliputi perincian mengenai bahan konstruksi, metode

konstruksi, teknik perancangan, dan dimensi-dimensi dari penukar panas. Bagian

berikut ini akan menguraikan beberapa jenis penukar-panas yang penting-penting saja

dan membahas prinsip-prinsip yang berkenaan dengan segi keteknikan, perancangan,

dan operasinya.

Arah aliran dalam alat penukar panas.

Penukar panas dapat dibedakan berdasarkan pola aliran ada dua macam yaitu :

a. searah (cocurrent); arah aliran media panas dan dingin searah

b. berlawanan arah (counter current); arah aliran media panas dan dingin berlawanan

arah.

media panas

media dingin

b. counter current

media panas

media dingin

a. cocurrent

Arah aliran media panas dan dingin.

Jika fluida yang satu masuk pada satu ujung penukar panas, sedang fluida

yang satu lagi pada ujung yang lain, lalu masing-masing mengalir menurut arah yang

berlawanan. Aliran demikian biasanya dinamakan aliran lawan-arah (counter current

flow) atau aliran berlawman (counterflow). Kulva suhu terhadap panjang untuk kasus

demikian terlihat pada Gambar (a) Keempat suhu terminal ditandai sebagai berikut :

Suhu-masuk fluida panas, Tha

Suhu-keluar fluida panas. Thb

Suhu-masuk fluida dingin, Tca

Suhu-keluar fluida dingin, Tcb

62

Aliran searah jarang digunakan pada penukar panas satu-liritas seperti pada

Gambar (b), karena, kalau kita periksa Gambal tersebut akan terlihat bahwa dengan

cara ini kita tidak akan dapat membuat suhu-keluar fluida yang satu mendekati suhu-

masuk fluida yang kedua, dan panas yang dapat dipindahkan akan kurang dan yang

dapat dipindahkan bila aliran itu lawan-arah.

Pada penukar panas lintas banyak, aliran searah digunakan pada beberapa

lintas, terutama karena alasan mekanik, dan hal ini mempunyai pengaruh terhadap

kapasitas dan pendekatan suhu. Aliran searah biasanya digunakan dalam situasi

khusus, di mana suhu maksimum fluida dingin perlu dibatasi, atau dalam hal

dimanater dapat keharusan mengubah suhu fluida dengan cepat; sedikitnya, salah

satu fluida.

63

Contoh : penukar-panas pipa-rangkap (double pipe exchanger)

Alat penukar panas ini dirakit dari pipa logam standar dengan pipa-balik dan

ujung-balik yang standar pula, dimana ujung balik itu diperlengkapi dengan peti

gasket. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedang fluida yang kedua mengalir

di dalam ruang anulus antara pipa-luar dan pipa-dalam.

Fungsi penukar panas ialah untuk menaikkan suhu fluida dingin dan

menurunkan suhu fluida panas. Contoh penukar in biasanya menggunakan pipa

dalam dengan diameter 1 ¼ in. dan pipa luar 2 ½ in., keduanya pipa IPS. Penukar

panas demikian mungkin terdiri dari beberapa lintasan yang disusun dalam susunan

vertikal.

Penukar-panas pipa-rangkap biasanya digunakan bila luas permukaan yang

diperlukan tidak lebih dari 100 sampal 150 ft2. Untuk kapasitas yang lebih besar

biasanya diperlukan penukar-panas jenis selongsong-dan-tabung (shell-and-tubes

exchanger) yang lebih rumit, yang mempunyai luas peirnukaan beberapa ribu kaki

persegi.

Penukar panas lintas-tunggal 1-1 (1-1 shell and tube exchanger).

Penukar-panas pipa-rangkap (double-pipe exchanger) yang sederhanaternyata

tidak memadai untuk laju aliran yang lebih besar dari yang dapat ditangani dengan

beberapa buah tabung saja. Jika kita menggunakan banyak penukar-panas pipa-

64

rangkap secara paialel, bobot logam yang digunakan sebagai pipa-luar akan menjadi

sedemikian tinggi sehingga penggunaan konstrukksi selongsong dan tabung (shell-

and-tube) seperti pada dibawah ini, di mana satu selongsong melayani sejumlah

tabung sekallgus, akan menjadi lebih ekonomis.

Penukar-panas ini, karena hanya melakukan satu lintas di sebelah selongsong

dan satu lintas pula di dalam tabung, disebut penukar-panas 1-1.

Dalam penukar-panas itu, koefisien perpindahan-panas sisi-selongsong

(sebelah ke selongsong) dan koefisien sisi-tabung sama-sama penting, dan keduanya

harus cukup besar agar koefisien menyeluruh yang memuaskan, dapat tercapai.

Kecepatan dan keturbulenan zat cair sisi-selongsong juga tidak kalah pentingnya dari

kecepatan dan keturbulenan zat cair sisi-tabung.

Untuk meningkatkan aliran silang dan menaikkan kecepatan rata-rata fluida

sisi-selongsong maka pada selongsong itu dipasang sekat-sekat.Dalam konstruksi

yang terlihat pada Gambar tersebut, sekat-sekat A terbuat dari lembaran logam

berbentuk piring bundar yang satu asinya dipotong, Dalam praktek biasanya segmen

itu dipotong pada tinggi seperempat diameter selongsong. Sekat-sekat demikian

disebut sekat 25 persen (25 percent baffles). Sekat Itu lalu diberi lubang-lubang untuk

melakukan tabung-tabung.

Agar kebocoran dapat dibuat minimum, ruang-bebas pemasangan antara sekat

dan selongsong dan tabung harus dibuat sekecil mungkin. Sekat itu ditunjang oleh

sebuah atau beberapa buah batangan pemandu C yang dipasangkan di antara kedua

plat tabung (tube sheet) D dan D' dengan sekrup pengencang. Agar sekat-sekat itu

65

terpasang erat di tempatnya, pada batangan C itu dipasang pula potongan-potongan

tabung pendek E sebagai penjaga Jarak antara sekat-sekat. Dalam merakit penukar-

panas itu, plat tabung harus dipasang terlebih dahulu, lalu berturut-turut batangan

penunjang, penjarak (tabung penjaga jarak), dan sekat, dan barulah tabung-

tabungnya.

Peti gasket (stuffing box) sebagaimana terlihat pada ujung kanan, gunanya

adalah untuk menampung kemungkinan ekspansi tabung itu. Tetapi konstruksi ini

hanya praktis untuk selongsong kecil.

Tabung (tube) dan plat-tabung.

Tabung (tube) dibuat dengan proses tarik sehingga didapatkan ketebalan

dinding tertentu (sesuai dengan BWG-nya) dan diameter-luar yang dikehendaki. Tube

tersedia dalam bermacam-macam bahan, misalnya besi, tembaga, alumunium, baja,

dan paduan logam. Ukuran tube menggunakan standar BWG (Birmingham Wire

Gage), dimana ukuran ¾ dan 1 inch OD yang paling umum digunakan. Panjang

standar tabung yang dibuat untuk konstruksi penukar panas adalah 8, 12, 16 dan 20 ft.

Tabung dipasang dalam susunan segi-tiga (triangular pitch) atau bujur-

sangkar (square pitch). Kecuali jika sisi sebelah ke selongsong cenderung mengalami

pengotoran hebat, maka biasanya digunakan susunan segi-tiga, karena dengan

demikian kita dapat menempatkan lebih banyak luas bidang per-pindahan-panas ke

dalam selongsong dengan diameter tertentu dibandingkan dengan bila kita

menggunakan susunan bujur-sangkar.

Tabung yang disusun dalam susunan segitiga tidak dapat diberikan dengan

melalukan sekat di antara baris-baris tabung itu, karena tidak ada ruang untuk jalur

pembersih. Susunan bujur-sangkar memudahkan pembersihan bagian luar tabung.

66

Demikian pula, susunan bujur-sangkar memberikan penurunan-tekanan yang lebih

rendah pada sisi-selongsong dibandingkan dengan susunan seti-tiga.

Standar TEMA menentukan bahwa jarak minimum antara pusat tabung harus

sedikitnya 1,25 kali diameter-luar tabung untuk susunan segi-tiga, dan jalur

pembersih minimum ¼ in. untuk susunan bujur-sangkar.

Selongsong(shell) dan sekat (baffle).

Diameter selongsong juga distandarkan. Untuk selongsong dengan ukuran

diameter sampai dengan 23 in,, diameter itu ditentukan sesuai dengan standar pipa

ASTM. Untuk ukuran 25 in. atau lebih, diameter-dalamnya ditentukan sampai inci

terdekat. Selongsong ini dibuat dengan plat rol (rolled plate). Tebal minimum

selongsong itu juga ditentukan.

Jarak antara sekat (pusat ke pusat) disebut jarak-bagi sekat (baffle pitch) atau

jarak-pisah sekat (baffle spacing). Jarak ini tidak boleh kurang dari seperlima

diameter selongsong dan tidak lebih besar dari diameter dalam selongsong itu.

Tabung-tabung biasanya dipasang pada plat tabung dengan membuat alur mengeliling

pada lubang itu dan lalu mengerolkan ujung tabung ke dalam lubang itu dengan

menggunakan mandril.tirus putar. Mandril ini memberikan tegangan pada logam

tabung itu melewati batas elastiknya, sehingga logam itu lalu mengalir ke dalam

alur. Pada penukar-panas tekanan-tinggi, tabung itu dilaskan atau dipatrikan lagi ke

plat tabung sesudah proses rol

Pemasangan baffle dimaksudkan untuk mempertahankan aliran dalam heat

exchanger tetap turbulent sehingga koeffisien perpindahan panas besar. Jarak antar

baffle (baffle spacing) biasanya tidak lebih dari ukuran diameter dalam shell. Tipe-

tipe baffle banyak sekali tetapi yang umum adalah segmental baffle, seperti pada

gambar berikut.

67

Penukar-Panas searah-lawan arah 1-2.

Penukar panas 1-1 mempunyai keterbatasan. Kecepatan yang agak tinggi,

tabung yang lebih pendek, dan penyelesaian yang lebih memuaskan mengenai

masalah ekspansi didapatkan dengan menggunakan konstruksi lintas-banyak

(multipass).

Konstruksi lintas-banyak ini memperkecil penampang aliran fluida dan

meningkatkan kecepatannya, dengan disertai oleh bertambah tingginya koefisien

perpindahan-panas. Tetapi, kelemahannya adalah bahwa (1) penukar-panas itu

menjadi agak lebih rumit dan (2) rugi gesekan melalui alat meningkat disebabkan

kecepatan yang lebih besar itu; dan rugi-masuk dan rugi-keluar pun menjadi berlipat

ganda.

Sebagai contoh, kecepatan rata-rata dalam tabung pada penukar panas

lintas.empat adalah kira-kira 40,8 = 3,03 kali kecepatan pada penukar panas lintas

tunggal, atau bahkan akan lebih lagi jika kecepatan pada alat lintas-tunggal itu cukup

rendah sehingga alirannya laminar. Penurunan tekanan per satuan panjang ialah 41,8

kali lebih besar, dan panjangnya meningkat empat kali; akibatnya, rugi gesekan total

ialah 42,8 = 48,5 kali penurunan-tekanan pada alat lintas-tunggal, belum termasuk

rugi-rugi tambahan karena ekspansi dan kontruksi.

68

Rancangan yang paling ekonomis mensyaratkan bahwa kecepatan di dalam

tabung harus sedemikian rupa sehingga tambahan biaya daya untuk pemompaan

diimbangi oleh penurunan biaya alat. Kecepatan yang terlalu rendah memang

menghemat biaya daya untuk pemompaan, tetapi akan menyebabkan penukar panas

yang diperlukan menjadi terlalu besar (dan karena itu terlalu mahal). Sebaliknya,

kecepatan yang terlalu tinggi akan menghemat biaya pertama (investasi) penukar-

panas itu, tetapi akan meningkatkan biaya daya lebih besar lagi.

Pada penukar panas lintas-banyak, jumlah lintasan sisi-tabung yang

digunakanbiasanya bilangan genap. Sisi-selongsongnya boleh lintas-tunggal dan

boleh lintas-banyak pula. Konstruksi yang umum ialah penukar-panas searah-

lawanarah 1-2, di mana zat cair sisi-selongsung mengalir dalam satu lintas sedang zat

cair sisi-tabung mengalir dalam dua lintas. Penukar-panas seperti itu terlihat pada

gambar dibawah ini.

Dalam penukar panas lintas banyak, sering pula digunakan kepala kambang

(floating head) sehingga berjalan pada selongsong dan peti gasket pada diatas tidak

diperlu kan lagi. Zat cair sisi tabung masuk dan keluar melalui kepala yang sama,

yang terbagimenjadi dua bagian terpisah oleh sekat, satu bagian untuk arus masuk

tabung dan satu lagi untuk arus keluar tabung.

69

Penukar-panas 2-4.

Penukar-panas 1-2 tidak luput pula dari suatu keterbatasan penting. Oleh

karena adanya lintas arus searah, dalani penukar panas itu, suhu-keluar fluida yang

satu tidak bisa dibuat sangat dekat dengan suhu-masuk fluida yang lain. Artinya,

dengan kata lain, pemulihan panas (heat recovery) dalam penukar panas 1-2

selalurendah.

Pemulihan panas yang lebih memuaskan didapatkan dengan menambahkan

sekat longitudinal (memanjang) sehingga selongsong itu menjadi dua lintas. Penukar-

panas 2-2

seperti ini bisa mendekati unjuk-kerja penukar-panas pipa-rangkap tetapi, mengingat

biaya dari sekat sisi-selongsong ini, penukar-panas 2-2 jarang digunakan.

Yang lebih banyak digunakan ialah penukar-panas 2-4, yang mempunyai dua

lintas-selongsong dan empat lintas-tabung. Penukar panas jenis ini memberikan pula

kecepatan yang lebih tinggi, dan keofisien perpindahan-panas yang lebih besar

daripada penukar panas 1-2 yang mempunyai dua lintas-tabung dan beroperasi

dengan laju aliran yang sama. Contoh penukar-panas 2-4 terlihat pada Gambar

berikut.

Pola suhu dalam penukar-panas lintas banyak.

Kurva suhu-panjang untuk penukar-panas 1-2 terlihat pada Gambar diatas bagian (a),

dengan menggunakan penandaan suhu sebagai berikut :

70

Suhu-masuk fluida-panas Tha.

Suhu-keluar fluida-panas Thb

Suhu-masuk fluida-dingin Tca

Suhu-keluar fluida dingin Tcb

Suhu-antara fluida-dingin Tci

Kurva Tha - Thb berlaku untuk fluida sisi-selongsong, yang diandaikan di sini

sebagai fluida panas. Kurva Tca - Tcb berlaku untuk lintas pertama zat-cair sisi-tabung,

dan kurva Tci - Tcb untuk lintas-keluar zat-cair sisi-tabung. Pada Gambar-4a, kurva

Tha - Thb dan kurva Tca - Tci bersama-sama merupakan kurva untuk penukar-panas

aliran-searah sedang kurva Tha - Thb dan kurva Tci - Tcb bersama-sama menunjukkan

penukar-panas arus lawan-arah. Kurva untuk penukar-panas 2-4 diberikan oleh

Gambar-4b. Garis putus-putus menunjukkan fluida sisi-selongsong, sedang garis

penuh fluida sisi-tabung. Di sini pun kita andaikan bahwa fluida panas berada pada

selongsong.

71

Lintas yang lebih panas di antara dua lintas dalam selongsong itu berada

dalam kontak termal dengan dua lintas terpanas dalam sisi-tabung. Demikian pula,

lintas yang lebih dingin pada selongsong berada dalam kontak termal dengan dua

lintas terdingin pada sisi-tabung. Penukar panas itu secara keseluruhan lebih

mendekati dua unit arus lawan-arah sebenarnya daripada yang mungkin dapat dicapai

dengan penukar-panas 1-2.

Koefisien perpindahan-panas

Koefisien perpindahan-panas hi, untuk fluida sisi-tabung dalam penukai-panas

selongsong-dan-tabung dapat dihitung dan Pers. Korelasi yang sesuai. Koefisien yang

untuk sisi-selongsong ho tidak dapat dihitung seperti itu karena arah alirannya

sebagian sejajar dengan tabung dan sebagian lagi menyilangnya; disamping itu luas

penampang aliran dan kecepatan massa aliran berubah-ubah pula pada waktu fluida

itu bolak-balik menyilang berkas tabung itu di dalam selongsong.

Demikian pula, kebocoran antara sekat dan selongsong, serta antara sekat dan

tabung menyebabkan terjadinya hubungan singkat antara sebagian zat-cair sisi-

selongsong dan hal ini menurunkan efektivitas penukar-panas itu. Suatu persamaan

untuk pendekatan namun sangat bermanfaat untuk menaksir koefisien sisi

selongsong, ialah persamaan Donohue3 (4), yang didasarkan atas kecepatan-massa

yang dirata-ratakan dengan pembobotan, Ge antara fluida yang mengalir sejajar

dengan tabung dan fluida yang mengalir menyilang tabung. Kecepatan massa Gb,

yang sejajar dengan tabung ialah laju aliran-massa dibagi dengan luas bidang bebas

yang dapat di.gunakan untuk aliran dalam jendela sekat Sb. (Jendela sekat ialah

bagian dari penampang selongsong yang tidak diisi sekat). Luas ini sama dengan luas

jendela sekat dikurangi dengan luas yang diisi tabung ; atau

(1)

dimana fb = fraksi luas penampang selongsong yang digunakan oleh Jendela

sekat (biasanya 0,1955)

72

Ds = diameter-dalam selongsong

Nb = banyaknya tabung dalam jendela sekat

Do = diameter-luar tabung

Dalam aliran silang, kecepatan massa mencapai suatu maksimum lokal setiap

kali fluida itu melewati barisan tabung. Untuk tujuan korelasi saja, kecepatan massa

Gc untuk aliran silang itu didasarkan atas luas Sc untuk aliran silang antara tabung-

tabung dalam satu baris pada atau berdekatan dengan garis pusat penukar panas itu.

Untuk penukar-panas ukuran besar, Sc dapat ditaksir dengan menggunakan persamaan

(2)

di mana p = jarak pusat-ke-pusat antara tabung-tabung itu

P = jarak-bagi sekat

kecepatan massa tentulah

(3)

Persamaan Donohue ialah

(4)

di mana cbe GGG Persamaan ini cenderung memberikan nilai ho yang

konservatif dan rendah, lebih-lebih bila angka Reynolds rendah. Metode yang lebih

rumit untuk memperkirakan koefisfen sisi-selongsong juga ada, terutama untuk para

spesialis17b

Dalam bentuk faktor- j, Pers. (4) menjadi

(5)

73

Setelah koefisien individual diketahui, luas total yang diperlukan didapatkan

menurut cara biasa, yaitu dari koefisien menyeluruh dengan menggunakan persamaan

yang serupa. Sebagaimana akan kita bahas nanti pada bagian berikut ini, LMTD

sering harus dikoreksi untuk memperhitungkan efek aliran silang ini.

74

Koreksi LMTD untuk aliran silang.

Jika fluida mengalir tegak lurus terhadap berkas tabung yang dipanaskan atau

didinginkan, maka LMTD, sebagaimana diberikan oleh Pers.-15, hanya berlaku bila

suhu salah satu fluida konstan. Jika suhu kedua fluida berubah, kondisi suhu tidak

lagi berhubungan dengan aliran lawan-arah ataupun aliran searah, tetapi dengan aliran

silang (crossflow). Dalam penukar-panas 1 -2 atau 2-4, aliran itu sebagian searah,

sebagian lawan-arah, dan sebagian lagi aliran silang.

Bila terdapat aliran selain dari lawan-arah atau searah, biasanya digunakan

suatu faktor koreksi FG yang ditentukan sedemikian rupa sehingga bila dikalikan

dengan LMTD untuk aliran lawan-arah akan menghasilkan penurunan suhu rata-rata

sebenarnya.Gambar 5a dan b menunjukican faktor FG, masing-masing untuk penukar-

panas 1-2 dan penukar-panas 2-4, yang ditunmkan atas dasar pengandaian bahwa

koefisien perpindahan-panas menyeluruh adalah konstan, dan bahwa semua elemen

arus fluida tertentu mempunyai riwayat termal yang sama dalam mengalir melalui

75

penukar-panas itu17a. Masing-masing garis lengkung dalam gambar itu menunjukkan

nilai rasio Z yang konstan, dimana Z ialah besaran tanpa-dimensi yang definisinya

ialah

(6)

sedang absisnya menunjukkan nilai H yang tanpa-dimensi pula, yang difinisinya

(7)

Faktor Z ialah rasio penurunan suhu di dalam fluida panas terhadap kenaikan suhu di

dalam fluida dingin. Faktor H ialah efektivitas pemanasan (heating effectiveness),

atau rasio kenaikan suhu sebenarnya terhadap kenaikan suhu maksimum yang

mungkin dicapai jika pendekatan ujung-panasnya ialah nol (atas dasar aliran lawan

arah). Dari nilai-nilai numerik H dan Z, nilai faktor FG dibaca dari Gambar-dibawah

ini, dengan melakukan interpolasi di antara garis-garis Z konstan itu bila diperlukan,

dan dikalikan dengan LMTD untuk aliran lawan-arah untuk mendapatkan penurunan

suhu pukul-rata sebenarnya. Faktor FG selalu kurang dari satu. Penurunan suhu pukul-

rata, dan karena itu juga kapasitas penukar-panas itu, lebih kecil daripada keadaan

pada penukar-panas arus lawan-arah yang mempunyai nilai LMTD yang sama.

Bila FG kurang dari kira-kira 0,8 penukar-panas itu harus dirancang kembali

dengan menggunakan jumlah lintas yang lebih banyak dan beda-suhu yang lebih

besar ; sebab, jika tidak permukaan penukar-panas itu tidak akan termanfaatkan

secara efisien dan terdapat bahaya bahwa bila kondisi berubah sedikit saja, penukar-

panas itu tidak dapat beroperasi.

Bila FG kurang dari 0,75, nilainya akan menurun dengan cepat bila H

bertambah tinggi, sehingga operasinya menjadi sangat peka terhadap perubahan kecil

sekali pun. Dalam daerah ini, penyimpangan sedikit sekali pun terhadap andaian-

andaian dasar yang digunakan untuk membuat grafik itu akan sangat berpengaruh,

76

terutama pengandaian bahwa riwayat termal semua elemen fluida Itu seragam,

Kebocoran melalui dan mengelilingi sekat pun mungkin dapat menyebabkan

pengandaian itu tidak berlaku.

Kombinasi lain mengenai lintas-selongsong dan lintas-tabung ada juga,

tetapi jenis 1-2 dan 2-4 inilah yang paling umum.

77

78

Contoh-3

Berapakah beda-suhu pukul rata yang semestinya untuk penukar panas 2-4 yang

bekerja dengan subu-masuk dan subu-keluar seperti pada Contoh 2?

Penyelesaian :

Untuk penukar-panas 2-4, bila H = 0,353 dan Z = 2,00, faktor koreksi dari Gambar

garfik koreksi (b) ialah FG = 0,945. Nilai T sama dengan pada Contoh-2. Pukul-rata

yang benar ialah T = 0,945 x 76 = 72 F (40°C).

Penukar-panas jenis plat.

Untuk perpindahan-panas antara dua fluida pada tekanan rendah dan selang,

yaitu di bawah kira-kira 20 atm, penukar-panas jenis plat dapat bersaing dengan

penukar-panas jenis selongsong-dan-tabung lebih-lebih dalam situasi yang

memerlukan penggunaan bahan tahan korosi. Plat-plat logam, biasanya dengan

permukaan bergelombang, didukung oleh suatu kerangka ; fluida panas lalu dialirkan

melalui pasangan-pasangan plat sela-menyela, dan bertukar panas dengan fluida

dingin yang mengalir di sebelahnya.

Plat-plat itu biasanya berjarak 5 mm satu sama lain. Plat-plat itu dapat dengan

mudah dipisahkan untuk pembersihan; tambahan luas, bila diperlukan, dapat

dilakukan dengan menambahkan plat-plat lagi. Berbeda dengan penukar-panas

selongsong-dan-tabung, penukar-panas jenis plat dapat digunakan untuk tugas-tugas

rangkap; umpamanya, beberapa fluida yang berlainan dapat dialirkan melalui

berbagai bagian penukar-panas dan masih terpisah satu sama lain. Suhu operasi

maksimumnya ialah kira-kira 300°F, sedang luas permukaan perpindahan-panas

maksimum adalah kira-kira 5,000 ft2. Penukar-panas jenis plat relatif efektif untuk

fluida viskos, dengan viskositas sampai kira-kira 300 P.

Penukar-panas khusus dan penukar-panas kompak lainnya, yang dapat

menyediakan luas permukaan perpindahan-panas dalam volume kecil dibahas dalam

literatur.

79

KONDENSOR

Peranti penukar-panas khusus yang digunakan untuk mencairkan uap dengan

mengambil panas tentunya disebut kondensor (condenser). Panas laten itu diambil

dengan menyerapnya ke dalam zat cair yang lebih dingin yang disebut pendingin

(coolant). Karena suhu pendingin di dalam kondensor itu tentu meningkat karena itu,

maka alat itu dengan demikian juga bekerja sebagai pemanas. Namun, sebagai

fungsinya, kegiatan kondensasi itulah yang terlebih penting, dan hal ini tercermin

pada namanya.

Kondensor dapat dibagi atas dua golongan. Dalam golongan pertama, yang

disebut kondensor jenis selongsong-dan-tabung (shell-and-tube-condenser), uap yang

kondensasi dipisahkan dan pendingin oleh permukaan perpindahan-panas berbentuk

tabung. Dalam golongan kedua,yang disebut kondensor kontak (contact condenser),

anis pendingin dan arus uap, yang keduanya biasanya adalah air, bercampur secara

fisik, dan meninggalkan kondensorsebagai satu arus tunggal.

Contoh : Kondensor Shell and tube

Untuk mendapatkan dasar bagi pembahasan mengenai perpindahan panas dari

atau ke suatu fluida yang mengalir, perhatikan kondensor tabung sederhana pada

Gambar berikut.

80

Alat ini terdiri dari seberkas tabung sejajar A, yang kedua ujungnya diperlebar

(dikembangkan) sehingga melekat pada plat pemegang tabung B1 dan B2. Berkas

tabung itu ditempatkan di dalam selongsong C yang berbentuk silinder, dan

diperlengkapi dengan dua saluran D1 dan D2 yaitu satu saluran pada setiap ujung

berkas, masing-masing dengan sebuah tutup saluran yaitu E1 dan E2. Uap (air atau zat

lain) dimasukkan melalui nosel F ke dalam ruang sebelah ke selongsong (disebut sisi-

selongsong) yang mengurung berkas tabung itu) dan kondensatnya dikeluarkan

melalui sambungan G.

Kalau ada gas yang tak-mampu-kondensasi yang terbawa masuk bersama uap,

maka gas ini dikeluarkan melalui lubang ventilasi K. Sambungan G bermuara pada

suatu perangkap uap. Perangkap uap ini ialah suatu peranti yang dapat melewatkan

aliran zat cair tetapi tetap menahan uap.

Fluida yang akan dipanaskan dipompakan melalui sambungan H ke dalam

saluran D2. Fluida itu lalu mengalir melalui tabung-tabung itu ke dalam saluran D1,

dan keluar melalui sambungan J. Kedua fluida itu terpisah secara fisik, tetapi berada

dalam kontak termal melalui dinding logam tipis yang memisahkannya satu sama

lain.

Panas mengalir melalui dinding tabung-tabung dari uap yang mengembun ke

fluida yang lebih dingin yang mengalir di dalam tabung-tabung itu. Jika uap yang

masuk kondensor itu bukan uap panas lanjut (superheated) dan kondensatnya tidak

pula dingin lanjut (subcooled) di bawah suhu didihnya, maka suhu dikeseluruhan sisi-

selongsong kondensor itu akan konstan, sebabnya ialah karena suhu uap yang

mengembun itu ditentukan oleh tekanan di dalam ruang pada sisi-selongsong

kondensor itu, dan tekanan itu tetap. Suhu fluida didalam tabung itu meningkat secara

sinambung selama fluida itu mengalir melalui tabung.Suhu uap yang mengembun,

dan suhu zat cair, digambarkan terhadap panjang tabung pada Gambar berikut.

81

Garis horisontal menunjukkan suhu uap yang mengembun, sedang garis

lengkung di bawahnya menunjukkan suhu fluida sisi-tabung (sebelah ke tabung) yang

meningkat terus. Pada Gambar tersebut, suhu fluida masuk dan suhu fluida keluar

masing-masing adalah Tca dan Tcb· sedang suhu uap yang konstan itu ialah Th

Pada jarak L dari pangkal tabung, suhu fluida itu ialah Tc, dan beda-suhu

lokal antara uap dan fluida itu ialah Th - Tc Selisih antara kedua suhu ini disebut beda-

suhu titik (point temperature difference) dan diberi tanda T.

Beda-suhu titik pada lubang masuk tabung ialah Th - Tca ditandai dengan Tl,

dan pada lubang keluar Th - Tcb, dan ditandai dengan T2. Kedua beda-suhu titik

termal itu, Tl dan T2 disebut pendektan suhu (approach).

Perubahan suhu fluida, Tcb - Tca. disebut kisaran suhu (temperature range)

atau singkatnya kisaran (range). Pada kondensor hanya terdapat satu kisaran saja,

yaitu kisaran fluida dingin yang dipanaskan itu.

Kondensor selongsong-dan-tabung.

Kondensor yang terlihat pada gambar diatas ialah suatu kondensor lintas-

tunggal, karena keseluruhan arus zat cair dingin mengalir melalui semua tabung

secara paralel. Dalam kondensor besar, aliran seperti ini mengakibatkan suatu

keterbatasan penting. Jumlah tabung itu akan sedemikian besar sehingga, dengan satu

82

lintas saja, kecepatan melalui tabung itu terlalu kecil untuk memberikan koefisien

perpindahan panas yang memadai, dan unit itu akan menjadi terlalu besar dan tidak

ekonomis.

Demikian pula, karena nilai koefisien itu rendah sekali, akan diperlukan

tabung-tabung yang panjang sekali jika kita ingin memanaskan fluida pendingin itu

dalam suatu suhu yang cukup besar. Tabung yang terlalu panjang itu tentu tidak

praktis. Untuk mendapatkan kecepatan yang lebih besar, dan koefisien perpindahan-

panas yang lebih tinggi, serta tabung yang lebih pendek, prinsip lintas-banyak

(multipass) yang digunakan dalam penukar-panas dapat pula digunakan untuk

pendingin dalam kondensor. Contoh dari kondensor dua lintas terlihat pada Gambar

6.

Fasilitas untuk ekspanst termal.

Oleh karena di dalam kondensor terdapat perbedaan. perbedaan suhu, maka

terjadilah tegangan-tegangan ekspansi yang cukup kuat yang dapat menyebabkan

tabung itu membengkok atau tertarik hingga tercabut dari plat tabung. Untuk

menghindarkan kerusakan karena ekspansi itu, metode yang paling umum digunakan

ialah satu konstruksi kepala-kambang, di mana salah satu plat tabung (dan karena itu

salah satu ujung tabung) secara struktur bebas dari selongsong. Prinsip ini digunakah

dalam kondensor pada Gambar dibawah ini. Gambar itu menunjukkan bagaimana

tabung itu dapat berekspansi dan berkonstraksi, bebas dari selongsongnya. Untuk

mencegah putusnya tabung-tabung karena tetesan zat cair yang terbawa oleh uap,

maka pada lubang masuk uap dipasang plat berlubang-lubang.

83

Kondensor dehumidifikasi.

Kondensor untuk campuran uap dan gas tak-mampu-kondensasi terlihat pada

Gambar-berikut. Kondensor ini dipasang vertikal, dan bukan horisontal sebagaimana

biasanya untuk kebanyakan kondensor yang menangani uap yang tidak mengandung

gas-tak-mampu-kondensasi. Demikian pula uap itu terkondensasi di dalam tabung,

bukan di luar, dan pendingin mengalir melalui selongsong, bukan tabung. Hal ini

memungkinkan campuran uap dan gas itu memberikan sapuan positif pada

waktumelalui tabung sehingga mencegah pembentukan kantong-kantong gas-gas

yang tak terkondensasi, yang bisa menyelimuti permukaan perpindahan-panas.

Kepala yang disebelah bawah, yang bentuknya sudah modifikasi berfungsi juga untuk

memisahkan kondensat dari gas dan uap yang tak terkondensasi.

84

Kondensor kontak.

Contoh dari kondensor kontak terlihat pada Gambar-berikut. Kondensor

kontak jauh lebih kecil dan lebih murah dari kondensor permukaan. Dalam rancang

yang terlihat pada Gambar 8, sebagian dari coil pendingin itu disemprotkan ke dalam

arus uap di dekat ubang-masuk uap, dan sisanya diarahkan pada leher pembuang

untuk menyelesaikan kondensasi.

Bila kondensor selongsong-dan-tabung dioperasikan di dalam vakum,

kondensat itu biasanya dipompakan keluar, tetapi bisa juga dikeluarkan dengan

menggunakan kaki barometrik (barometric leg). Kaki barometrik ini berupa suatu

tabung vertikal, panjangnya kira-kira 34 ft (10 m), tertutup mati pada bagian bawah

oleh tangki penampung kondensat.

85

Dalam operasinya, permukaan zat cair di dalam kaki itu dengan sendirinya

mengatur dirinya, sehingga perbedaan tinggi-tekan di dalam kaki dan tangki sesuai

dengan perbedaan tekanan antaia atmosfer dan ruang uap di dalam kondensor. Zat

cair itu lalu mengalir melalui kaki itu segera setelah terbentuk melalui kondensasi

tanpa mengganggu vakum, Dalam kondensor kontak-langsung, tekanan yang

dipulihkan dalam kerucut hilir venturi biasanya cukup memadai sehingga kaki

barometrik tidak diperlukan lagi.

KETEL DIDIH DAN KALANDRIA

Dalam pabrik-pabrik pengolahan yang bekerja dengan aliran kontinu

(sinambung, zat cair dididihkan di dalam alat didih jenis ketel yang berisi kolam zat

cair mendidih atau dalam kalandria tabung-vertikal di mana zat cair dan uap dialirkan

ke atas melalui tabung itu. Kadang-kadang zat cair itu mungkin dipanaskan di bawah

tekanan hingga mencapai suhu di atas titik didih normalnya, dan kemudian dibuat

86

mengilat (flash), artinya dibiarkan menguap sebagian, dengan jalan mengurangi

tekanannya pada suatu titik di luar alat perpindahan-panas itu.

Alat didih jenis ketel. Alat didih jenis ketel (kettle-type boiler) atau disebut

juga pendidih-ulang (reboiler) bila dikaitkan dengan kolom distilasi terlihat pada

Gambar-9, Selongsong horisontal di sini berisi suatu berkas-tabung yang relatif kecil,

dua lintas pada sisi-tabung, dengan kepala-kambang dan plat labung. Berkas tabung

itu terbenam di dalam kolam zat cair yang mendidih, yang kedalamannya diatur oleh

tinggi tanggul limpah (overflow weir). Umpan dimasukkan dan bawah ke dalam

kolam zat cair itu.

Uap keluar dari puncak tabung, dan zat cair yang tidak menguap melimpah melalui

tanggul itu dan dikeluarkan dari bawah selongsong itu. Fluida pemanas, biasanya uap,

masuk melalui tabung seperti pada gambal; kondensat uap dikeluaikan melalui

perangkap. Nosel-nosci tambahan seperti terlihat pada Gambar diatas dimaksudkan

untuk pemeriksaan (inspeksi), pengosongan, atau untuk memasukkan elemen

pengindera dari instrumen.

Kalandria.

Unit-unit selongsong-dan-tabung dalam suiunan veitikal, dikenal dengan

nama kalandria, atau pendidih-ulang sirkulasi alamiah (natural circulation reboiler)

87

atau pendidih-ulang termosifon (thermosyphon reboiler) biasanya merupakan alat

penguap yang paling ekonomis untuk operasi distilasi dan evaporasi. Susunannya

yang umum terlihat pada Gambar berikut.

Zat cair dari evaporator atau kolom distilasi memasuki bagian bawah unit, dan

sebagian diuapkan di dalam tabung yang dipanaskan. Karena densitasnya lebih

rendah, campuran uap dan zat cair itu naik dan menarik lagi lebih banyak zat cair

umpan. Zat cair dan uap itu keluar melalui puncak tabung dengan kecepatan tinggi;

keduanya lalu dipisahkan satu sama lain, dan zat cairnya didaur ulangkan.

Konfigurasi dan kapasitas termal kalandria yang digunakan di industri agak

terbatas variasinya. Diameter tabungnya biasanya 1-in., kadang-kadang sampai 2-in.

Panjangnya antara 8 sampai 12 ft, dan jarang ada yang lebih panjang; tabung pendek

sepanjang 4 sampai 6 ft kadang-kadang digunakan dalam tugas vakum. Laju

perpindahan panas dalam kalandria bergantung pada sifat-sifat zat cair yang

diuapkan, dan terutama pada suhu tereduksi* zat cair itu disamping juga pada

kecenderungannya mengotori permukaan perpindahan-panas.4,8

Koefisien menyeluruh yang biasa didapatkan dari kalandria dengan pemanas

uap diberikan dalam Tabel berikut.

88

.

Koefisien ini relatif tidak peka terhadap perbedaan dalam panjang tabung dan

diameter tabung. Bila tekanan operasi adalah 1 atm abs atau lebih, koefisien itu juga

tidak peka terhadap perubahan "tinggi-tekan pendorong" ("driving heat") zat cair

sebagaimana terlihat pada Gambar-diatas. Tinggi-tekan ini didefinisikan sebagai jarak

dari plat-tabung bawah ke permukaan zat cair di dalam kolom. Pada kondisi tekan ini

permukaan zat cair biasanya dijaga kira-kira sama tinggi dengan plat-tabung atas agar

permukaan perpindahan-kator itu basah seluruhnya serta untuk mendapatkan laju

sirkulasi yang cukup besar. Di lain pihak, bila operasinya dilakukan pada keadaan

vakum, unjuk-kerja perubahan tinggi-tekan pendorong zat cair itu) lebih-lebih pada

distilasi campuran multikomponen, Tinggi permukaan zat cair yang optimum untuk

tugas vakum ialah di tengah-tengah antara kedua plat-tabung, dengan 50 persen zat

cair menguap pada setiap lintas.

89

Fluks panas dalam kalandria sirkulasi-alamiah.

(Wenurul Franit itan Prtclwtt.')

Untuk aplikasi biasa dengan uap jenuh pada sisi-selongsong, fluks panas

dapat ditaksir dengan menggunakan Gambar diatas ini, yang didasarkan atas tabung

baja 1-in. 14BWG, dan panjang 8 ft. Kurva-kurva itu adalah untuk zat cair murni ;

jika kita menggunakan campuran, tekanan tereduksinya haruslah tekanan tereduksi

komponen yang mempunyai nilai Tr yang paling rendah. Grafik itu tidak boleh

digunakan bila tekanan absolut kurang dari 0,3 atm, dan kurva itu tidak boleh

diekstrapolasi.

*(Suhu tereduksi (reduced temperature) ialah rario suhu nyata terhadap suhu kritis

zat cair itu, baik dalam kelvin maupun dalan) derajat Rankine.

90

3.3 Simbol-simbol peralatan dalam industri kimia

Simbol Nama Alat Fungsi

Pompa Transportasi Fluida

Heater Pemanas

Cooler Pendingin

Tanki Tempat Penampungan

Decanter Pemisah

Evaporator Penguapan

Vessel Pemisah

Destilasi Pemisah

91

BAB 4 INDUSTRI PENCAIRAN GAS ALAM

Tujuan Pengajaran :

1. Mahasiswa mampu mengetahui kegunaan LNG

2. Mahasiswa mampu mengetahui Komposisis LNG

3. Mahasiswa mampu mengetahui proses pembuatan LNG

Waktu : 3 x 45 menit

4.1. Pendahuluan

Industri Liquid Natural Gas (LNG) relative masih baru. Paten dan pabriknya

yang pertama berdiri di West Virginia, USA, 1914. Teknologi pembuatan LNG ini

merupakan suatu perkembangan dalam teknologi pendinginan hingga temperatur

sangat rendah (cryogenic engineering).

Keandalan pabrik LNG berkembang dengan ditemukannya sistem penyimpanan

(1940-an), sistem angkutan (1950-an) dan sistem pengapalannya (1960-an) serta

ditunjang oleh permintaannya yang meningkat pada tahun 1970-an sebagai akibat

krisis energi. Di Indonesia terdapat 2 lapangan yang menghasilkan gas alam dalam

jumlah banyak yaitu lapangan gas Arun (Lho Seumawe- Aceh) dan lapangan gas

Badak (Bontang-Kalimantan Timur) sebagai berikut :

a. Lapangan gas Arun (Lhok Seumaweh Aceh) dikelolah oleh kontraktor Mobil Oil

Indonesia, dengan sasaran produksi 150-200 juta SCFT per hari.

b. Lapangan Gas Badak (Bontang-Kaltim) dikelolah oleh kontraktor Huffco dengan

sasaran produksi 500 juta SCFT per hari.

4.2. Komposisi dan Sifat Gas Alam

Komponen gas alam terutama adalah gas metana (CH4) disamping sejumlah

kecil hidrokarbon yang lebih tinggi dan gas lainnya (N2, CO2).

Berikut adalah contoh komposisi gas alam dari sumbernya di lapangan gas dan kilang

LNG di plant.

92

Komponen Gas alam LNG

N2

CO2

C1

C2

C3

i-C4

n-C4

i-C5

n-C5

C6

C7

0,06

2,94

87,44

4,51

2,84

0,60

0,69

0,26

0,17

0,17

0,32

0,01

-

90,75

4,49

2,92

0,62

0,69

0,06

0,01

nihil

nihil

Dengan mencairkannya maka volume gas alam akan berkurang hingga tinggal 1/600

bagian. Hal ini akan memudahkan dalam pengangkutan dan penyimpanannya.

Kilang LNG

Pada dasarnya proses dalam kilang LNG dibagi atas 2 bagian :

1. Preparasi (pengolahan awal) umpan gas yang meliputi :

- Penghilangan gas-gas yang bersifat asam (CO2).

- Penghilangan kadar air (dehidrasi).

- Penghilangan kandungan air raksa.

2. Pencairan gas alam, yang meliputi pendinginan secara refrigerasi atau

secara ekspansi bebas.

Penyimpanan dan Pengangkutan LNG

Untuk mempertahankan LNG tetap dalam keadaan cair selama penyimpanan,

maka temperatur LNG harus dipertahankan pada suhu - 160 C dengan rancangan

tangki dingin yang dapat diandalkan tapi semurah mungkin. Hal ini memberikan

tuntutan tersendiri seperti jenis bahan konstruksi yang harus tahan terhadap

93

temperatur rendah (aluminium, 9% Ni-steel dan beton tertentu), bahan insulasi panas

yang hanya memberikan kebocoran panas yang kecil (perlite, poliuretan foam, wool

dsb), jumlah serta ukuran tangki yang sesuai terhadap kapasitas kilang, kapasitas

angkut-jarak jelajah serta kecepatan kapal LNG. Kebocoran panas yang terjadi

menyebabkan ”boil off” sekitar 0,05-0,20 % isi tangki/hari. Dikenal 4 jenis tangki

LNG, yaitu :

1. Tangki yang berupa gua di dalam tanah.

2. Tangki yang berupa lubang di dalam tanah yang dibekukan serta dilengkapi

penutup khusus.

3. Tangki dari beton pratekan yang diperkuat dan dilengkapi sistem insulasi.

4. Tangki dari dinding baja 2 lapis dengan sistem insulasi pada ruang diantara

dinding tersebut.

94

BAB 5 INDUSTRI GULA PASIR

Tujuan Pengajaran :

1. Mahasiswa mampu menjelaskan sumber bahan baku industri gula

2. Mahasiswa mampu menjelaskan proses pembuatan gula

3. Mahasiswa mampu menjelaskan uraian proses


5.1. SUMBER GULA

Gula dihasilkan oleh tanaman yang berhijau daun dan digunakan untuk

metabolisme dari tanaman. Pada beberapa jenis tanaman, gulanya disimpan dalam

akar, batang, bunga dan buah. Gula itu bisa berbentuk sukrosa, glukosa atau

fruktosa.

Sumber gula antara lain dari tanaman :

a. Tebu (pada batang)

b. Kelapa (bunga kelapa)

c. Siwalan (pada tangkai bunga atau tangkai buahnya)

d. Sagu (penyadapan tangkai bunga)

e. Aren (penyadapan pada tangkai bunganya)

f. Kurma (diperoleh dari pangkal tajuk tanaman)

g. Bit gula (diperoleh dari umbinya)

h. Sorgum (diperoleh dari batangnya)

Ada 2 macam Gula:

a. Gula asli (natural)

Bahan baku dari tumbuhan yang mengandung gula, misalnya : tebu

(tanamannya)

95

b. Gula sintesis (gula pemanis = sweetener)

Gula ini bahan baku bukan dari tanaman yang mengandung gula (dari alam)

bisa juga dari tanaman.

gula jenis ini, kalorinya rendah.

Rasa manisnya tinggi, bisa 15 kali sampai 4000 kali lebih besar dari sukrosa.

NILAI KEMANISAN RELATIP DARI BEBERAPA JENIS GULA

Bahan Rumus (Molekul) KimiaNilai Kemanisan

(Sukrosa = 100)

Sukrosa C12H22O11 100

Glukosa C6H12O6 74,5

Fruktosa C6H12O6 173

Galaktosa C6H12O6 32,1

Rhamnosa C6H12O6 32,5

Laktosa C12H22O11 16

Maltosa C12H22O11 60

Xylosa C5H10O5 40

Gula inversi Campuran Fruktosa + Glukosa 127 - 130

Rafinosa Camp. Fruktosa + Glukosa + Galaktosa 22,6

96

NILAI KEMANISAN RELATIP DARI BEBERPA JENIS PEMANIS

Bahan PemanisNilai Kemanisan

(Sukrosa = 1)

Sulphamate 15

Sucaryl 15 - 31

Saccharin 200

Steviosida 300

Alanin 714

Perillartine 2000

Aspartame 100 - 200

Miraculine 300

P - 4000 (perillartine 4000) 4000

5.2 NIRA (JUICE)

Hasil perahan (perasan) atau sadap dari batang tebu, atau bunga kelapa ataupun

umbi biet atau buah yang berasa manis disebut NIRA (JUICE).

Nira tebu mempunyai komposisi sebagai berikut :

Air 75 - 90 %

Sukrosa 8 - 21 %

Gula reduksi 0,3 - 3,0 %

Senyawa organik 0,5 - 1,0 %

Senyawa an organik 0,2 - 0,6 %

Tebu ditebang, bila umur tanaman 12 - 14 bulan. Makin tua usia tanaman makin

besar kadar sukrosa dan makin kecil kadar glukosa dan fruktosanya. Nira yang baik,

apabila kadar sukrosa makin besar, dan kadar glukosa dan fruktosa makin rendah.

97

Menurut wujudnya gula ada 2 macam :

- gula cair, misalnya sirup

- gula padat

Gula padat ada 2 macam :

- gula batok (tak ada pembersihan pada nira)

- gula pasir (ada pembersihan pada nira)

Berikut ini akan kita bicarakan adalah proses pembuatan gula pasir yang bersala dari

nira tebu yang mengalami pembersihan.

98

5.3. PROSES PEMBUATAN GULA.

Secara umum proses pembuatan gula dapat digambarkan dengan blok diagram

berikut ini :

Tebu

Nira

Gula Pasir (gula SHS)

PEMOTONGAN

PENGGILINGAN

PENGUAPAN

PEMURNIAN NIRA

PEMISAHAN

PENGKRISTALAN

99

Ada 3 macam proses PEMURNIAN NIRA :

Proses Defikasi

Proses Sulfitasi

Proses Karbonatasi

Selain itu masih ada macam-macam proses hasil kombinasi dari 3 macam proses

tersebut, misalnya proses sulfitasi karbonatasi, proses single sulfitasi, proses double

sulfitasi, dan sebagainya

Sketsa 3 macam proses tersebut adalah sbb :

(1) (2)

(3)

(4) (5)

Keterangan :

(1) & (2) adalah proses sulfitasi,

(3) adalah proses defikasi

(4) & (5) adalah proses karbontasi

Reaksi-reaksi yang berlangsung dalam masing-masing proses adalah sbb :

a. Proses defikasi,

(1) 2PO43- + 3Ca2+ Ca3(PO4)2

(2) SO42- + Ca2+ CaSO4

PH 5,5

PH 7,2+ Ca (OH)2

PH 10,5

PH 10,5

+ SO2

+ Ca(OH)2

+ Ca(OH)2

+ CO2

100

b. Proses sulfitasi

(1) 2PO43- + 3Ca2+ Ca3(PO4)2

(2) SO42- + Ca2+ CaSO4

(3) SO2+H2O H2SO3

H2SO3 2H+ + SO32-

Ca2+ + SO32 CaSO3

(4) Fe3+ + SO42 Fe2+ + SO4

2-

Berwarna tak berwarna

c. Proses karbonatasi

(1) sama seperti diatas

(2) sama seperti diatas

(3) CO2 + H2O H2CO3

H2CO3 2H+ + CO32-

Ca2+ + CO32- CaCO3

(4) tak ada reaksi

Jadi pada proses defikasi ada 2 macam reaksi. Dan pada proses sulfikasi ada 4

macam reaksi. Sedangkan pada proses karbonatasi ada 3 macam proses (reaksi).

Endapan-endapan tersebut adalah elektrolit, ada yang bermmuatan positip dan

ada yang bermuatan negatip, contohnya endapan CaSO4. Ca2+ nya bermuatan positip

dan SO4= bermuatan negatip. Karenanya dia menarik ion-ion baik yang bermuatan

positip dan negatip juga zat-zat organik misalnya ; tannin, zat warna, lignin, pektin,

lemak, protein. Dengan peristiwa adsorbsi zat-zat itu semua menempel pada endapan-

endapan. Akibatnya endapan makin besar, karena menempelnya pengotor-pengotor

seperti tannin, zat warna, pektin, lilin, lemak maupun protein. Selain zat organik

seperti diatas ada logam berupa kation yaitu : Na+, K+, Mg+, Al3+ dan Fe3+ akan

menempel pada endapan. Sehingga nira encer itu semakin bersih (murni) dari zat-zat

pengotor.

Karena itu makin banyak macam endapan, akan menyebabkan niranya

semakin bersih. Dari sini bisa diketahui bahwa proses sulfitasi dan karbonatasi akan

menghasilkan kristal gula yang putih, karena itu gula yang dihasilkan adalah jenis

101

SHS, bila prosesnya defikasi, maka gula kristal yang dihasilkan tidak putih, agak

kemerah-merahan, jadi jenis gula yang dihasilkan disebut HS. Bila proses karbonatasi

akan menghasilkan kristal gula yang putih, jenisnya disebut SHS. Mengapa bisa

seperti ini, sebab pada proses sulfitasi dan karbonatasi cara pembersihannya lebih

bagus dibandingkan dengan proses defikasi. Karena itu gula hasil proses karbonatasi

dan sulfitasi lebih putih daripada proses defikasi.

102

5.4. FLOW SHEET PEMBUATAN GULA PASIR DENGAN PROSES

SULFITASI

Tebu

Steam

M M MA

(1)

(2)

BP1

BP2 P1

(3)

(4)

(5)

BPCP2

F

SteamPMN

Steam

P3

H2O

Steam

H2O

EV EV KR

Steam

KR

CF

P4

P5

(8

(7)

PRODUKGULA

PRODUK GULA

AY

DR

(6)

103

KETERANGAN NAMA PERALATAN DAN BAHAN

A = Cutter (pemotong)

M = gilingan

BP = Bak penampung nira

BPC = bak pencampur

P = Pompa

PMN = Pemanas

F = Filter (penyaring)

TKP = Tangki pencampur

EV = evaporator

EVKR = Evaporator kristalizer

KR = Kristalizer

CF = Centrifuge

DR = Pengering (dryer)

AY = Ayakan

(1) = Air Inbibisi

(2) = Ampas tebu

(3) = Ca (OH) , air kapur

(4) = SO2

(5) = Kotoran (blotong)

(6) = Tetes

(7) = Udara panas kering

(8) = Udara panas berair

104

5.5. URAIAN PROSES

Tebu masuk cutter untuk dipotong-potong, setelah itu diperas melalui gilingan

M, sehingga menghasilkan nira encer yang masih kotor. Nira encer kotor hasil

gilingan no.1 dan no.2 ditampung, untuk dipompa ke bak pencampur. Sedangkan nira

yang sangat encer dan kotor hasil gilingan no.3 ditampung dibak BP2, yang

kemudian dipompa ke gilingan no.1. digiling no.3 ditambahkan air untuk mengambil

sisa-sisa nira yang ada diantara ampas tebu tersebut. Air ini disebut air inbibisi.

Nira dari bak penampung BP1 itu mempuunyai pH +/- 5,5, jadi bersifat asam.

Bila tak cepat-cepat dibuat pH menjadi netral atau sedikit basa, maka sukrosa akan

terinversi menjadi glukosa dan fruktosa karena peristiwa hidrolisa,

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

Sukrosa glukosa fruktosa

Yaitu bereaksinya suatu senyawa dengan air gula yang dihasilkan disebut gula

inversi, yaitu glukosa maupun fruktosa. Untuk proses sulfitasi, maka di BPC (bak

pencampur) nira mula-mula diberi air kapur atau Ca(OH)2 sampai pHnya naik

menjadi 10,5 atau 9,5, setelah itu pHnya diturunkan dengan penambahan gas SO2

menjadi pH = 7,2 hal ini bisa terjadi, sebab gas SO2 dengan air (H2O) bereaksi

membentuk H2SO3 yang bersifat asam, sehingga dapat menurunkan pH dari larutan,

dengan Reaksi :

SO2 + H2O H2SO3

Hal ini perlu agar sukrosa tak terinversi menjadi glukosa dan fruktosa. Di bak

pencampur terjadi 4 macam reaksi (lihat reaksi diprosesd sulfitasi) dan ada 3 macam

endapan. Endapan disaring dialat filter (F) endapan-endapan tersebut dipisahkan dari

niranya. Endapan keluar di (5), adapun nira encer bersih dialirkan ke alat pemanas

(PMN), setelah itu dialirkan ke evaporator untuk dipekatkan, menjadi nira pekat.

Setelah itu nira pekat (yang sudah bersih) dialirkan ke alat evaporator

kristalizer (EVKR), disini nira pekat yang lewat jenuh berubah menjadi kristal kecil-

kecil pada suhu titik didih nira. Kemudian dialirkan ke KR, maka kristal yang

terbentuk akan bertambah banyak, disamping masih ada yang bersifat larutan nira.

105

Campuran kristal gula dan larutan nira dipisahkan melalui alat centrifuge (alat

pemusing) kristal gula yang masih basah dialirkan ke alat pengering (DR), sedang

larutan nira pekat yang tak mau mengkristal disebut tetes (6).

Gula yang sudah kering bisa diayak melalui ayakan (AY) untuk mendapatkan

hasil untuk bermacam-macam ukuran. Gula yang dihasilkan ini putih, berupa kristal,

sedikit mengandung kotoran. Jenis gula hasil proses sulfitasi disebut gula SHS.

SHS I : sangat putih

SHS II : putih

MANFAAT HASIL SAMPING PABRIK GULA

Tetes :

- bahan baku industri vetsin (bumbu masak)

- bahan industri alkohol dan spiritus

Ampas Tebu (bagass):

- untuk bantalan kursi, jok mobil, dan kasur

- untuk bahan bakar (dipabrik gula)

- bahan utama pembuat pulp di industri kertas

Blothong :

- untuk rabuk (tak boleh terlalu banyak)

- bahan pengganti energi (sebagai bahan bakar didapur rumah tangga)

106

BAB 6 INDUSTRI PUPUK UREA

Tujuan Pengajaran :

1. Mahasiswa mampu mengetahui jenis dan fungsi pupuk

2. Mahasiswa mampu mengetahui proses-proses pembuatan pupuk amoniak.

3. Mahasiswa mampu memgetahui proses-proses pembuatan urea.


6.1. Pendahuluan

Secara umum dikenal 3 jenis pupuk sebagai berikut :

1. Pupuk N

Dibutuhkan untuk pertumbuhan batang dan daun, misalnya amoniak (82 %

N), urea (46 %) dan amonium nitrat (33%).

2. Pupuk P

Dibutuhkan untuk pertumbuhan biji dan buah, misalnya amonium fosfat,

super fosfat (16-20 % P2O5), triple fosfat (42-50 % P2O5 ) dan lain-lain.

3. Pupuk K

Dibutuhkan untuk pertumbuhan aci dan gula, memperkuat ketahanan akan

penyakit dan mengurangi efek kelebihan pupuk N misalnya KCl dan lain-lain.

Bila suatu pupuk campur diberi tanda N-P-K : 5-10-5 kandungannya adalah 5 % N2,

10% P2O5 dan 5 % K2O selebihnya bahan pengisi (filter) dan lain-lain.

Untuk 1 ha sawah (Proyek Inmas) dianjurkan penggunaan pupuk sebagai berikut :

Urea :

200 kg, TSP = 50-100 kg dan KCl 10 kg untuk setiap musim lamanya.

6.2. Proses Pembuatan Amoniak

Reaksi utama pembuatan urea adalah reaksi bolak balik antara nitrogen dan

hidrogen menghasilkan amoniak sbb :

N2 + 3 H2 ↔ 2 NH3

107

Merupakan reaksi keseimbangan dan bersifat eksotermis. Keseimbangan reaksi untuk

konversi yang paling tinggi diperoleh pada tekanan tinggi dan suhu yang rendah.

Untuk menghasilkan konversi tinggi perlu suhu rendah tetapi kecepatan reaksi akan

naik jika suhu dinaikkan. Pemilihan proses umumnya menggunakan tekanan tinggi

dan suhu tinggi, atau suhu antara 500-550 C dengan tekanan sedang dengan beban

recycle yang lebih tinggi.

Berikut adalah tabel beberapa proses pembuatan amoniak :

No Nama Proses P, atm Temp, C Resr Konv. B. Baku Katalis

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Mont Cenis

American

(large)

Haber Boscn

Fauser-

Montecat

American

(small)

Casale

Claude

Du Pont

120-160

150

200-300

200-300

lk. 300

lk. 600

lk. 900

900

400-425

500

550

500

500

500

500-650

500

+

+

+

+

+

+

-

-

9-20

14

8

12-22

20

15-25

40-85

40-85

H2 elekt

Gas alam

Gas Sint.

H2 elekt

HK gas

Semua

Gas bb

Gas alam

FeCN

dpi

pi

pi

pi

dpi

pi

pi

pi

Keterangan pi = promoted iron

dpi = double promoted iron

Dari table di atas dapat dibedakan 4 macam proses sebagai berikut :

1. Tekanan sangat tinggi (900-1000 atm), beroperasi pada temperatur 500-600 C

dan yield 40-80 % : Claude, Du Pont

2. Tekanan tinggi (600 atm), temperatur 500 C, yield 15-20 %, misalnya : Casale

3. Tekanan moderat (200-300 atm), temperatur 500-550 C, yield dengan katalis

terbaru 10-30%, misalnya : Haber Bosch, Kellog.

108

4. Tekanan rendah (100 atm), temperatur 400-425 C, yield 8-20 % misalnya :

Mont Cenis.

Kecenderungannya lebih banyak menggunakan tekanan yang cukup rendah

dengan meningkatkan beban resirkulasi, karena pertimbangan mahalnya harga

tangki bertekanan.

6.3. Tahapan Proses

Tahap-tahap proses pembuatan amoniak adalah :

1. Purifikasi Gas Alam (hidrokarbon), meliputi :

- filtrasi kotoran padat/cair

- desulfurisasi dengan katalis untuk menghilangkan S dari H2S

- dehidrasi, menghilangkan kadar air dengan absorbern TEG.

- Pemisahan hidrokarbon berat untuk mencegah cracking yang dapat

menimbulkan deposit karbon pada pori katalis.

- Pemisahan gas CO2 dengan larutan catacarb.

- Desulfurisasi dengan katalis CoMo dan ZnO untuk menghilangkan

sulfur.

2. Pembuatan raw gas sintesa (N2/H2 = 1/3)

- dalam prymary reformer

- dalam seconday reformer

3. Shift conversion CO ke CO2 dengan steam dan katalis

4. Purifikasi gas sintesa.

5. Metanasi gas CO dan CO2, yang diikuti dengan pencuciannya menggunakan

MEA, N2 atau CuCO3 ammoniated.

6. Sintesa amoniak

7. Pendinginan, kondensasi dan pemisahan NH3 yang terbentuk.

8. Resirkulasi N2 dan H2 yang tidak bereaksi dengan menambahkan lagi N2 dan

H2 yang baru.

9. Purging ke primary reformer untuk mengurangi inert (CH4) dan merecovery

gas yang di-purging tersebut.

109

6.4. Proses Pembuatan Urea

Pembuatan urea secara komersial dari NH3 dan CO2 melalui dua tahapan

proses berikut :

2 NH3 + CO2 ↔ NH2CONH4, ∆H = - 28

kkal/mol

NH2CONH4 ↔ NH2 CONH2 + H2O Endotermis

Reaksi tahap I sangat eksotermis dan berlangsung dengan cepat sehingga panas reaksi

yang dihasilkan harus segera dihilangkan agar temperature campuran reaktan tidak

naik, sedangkan panas yang diserap reaksi II masih lebih kecil. Secara praktis reaksi

pembentukan urea hanya berlangsung dalam fasa cair (153 C titik leleh ammonium

karbamat), sedangkan fasa cair tersebut mengandung ammonium karbamat, amoniak

dan CO2 terlarut yang mudah menguap sehingga pada temperatur tinggi diperlukan

tekanan tinggi agar fasa cair tetap dapat dijaga.

Konversi karbamat menjadi urea berkisar antara 50-80 %, yang tidak

terkonversi kemudian dipisahkan dari urea dan air, dan diresirkulasi ke dalam reaktor.

Tahap pemisahan dan resirkulasi inilah yang menjadi ciri dari teknologi proses urea

yang berbeda-beda.

Larutan karbamat adalah sangat korosif sehingga dibutuhkan bahan konstruksi

reaktor yang khusus, misalnya stainless steel dengan pasifasi injeksi oksigen atau

paduan khusus dengan Ti dan Cr. Sifat korosi ini bertambah bila temperatur lebih

tinggi, sehingga pada proses komersial kondisi sintesa ini berlangsung pada suhu

170-210 C tekanan 150-250 atm dan perbandingan NH3/CO2 = 0,15 sampai 0,65 yang

pada dasarnya merupakan kompromi antara tekanan yang wajar dan laju korosi yang

dapat diterima dengan kecepatan reaksi dan derajat konversi yang memadai.

110

BAB 7 INDUSTRI PENGILANGAN MINYAK BUMI

Tujuan Pengajaran :

1. Mahasiswa mampu mengetahui proses pengilangan minyak bumi.

2. Mahasiswa mampu mengetahui produk minyak bumi dan kegunaannya.

3. Mahasiswa mampu mengetahui proses-proses pengilangan minyak bumi.

Waktu : 3 x 45 menit.

7.1. Pendahuluan

Minyak bumi merupakan produk perubahan secara alami dari zat-zat organik

selama ribuan tahun yang tersimpan di lapisan bumi dalam jumlah yang besar sekali.

Minyak bumi terutama digunakan untuk menghasilkan berbagai jenis bahan bakar

dan untuk menghasilkan petrokimia. Karena minyak bumi merupakan campuran dari

ribuan zat organik, penggunaannya selalu sesuai terhadap perubahan kebutuhan

manusia. Ini dapat dilihat dari berbagai pola pengilangan minyak bumi untuk

menhasilakan berbagai bahan dan zat petrokimia.

Atas dasar hidrokarbon yang dikandungnya, minyak mentah sebagai bahan baku

minyak bumi dapat dibagi menjadi tiga golongan :

1. Minyak mentah parafinik (parafin, isoparafin, olefin).

2. Minyak mentah naphtenik (naphtena).

3. Campura dari keduanya (mixed based).

7.2. Komposisi Minyak Bumi

Minyak bumi terdiri dari ribuan zat kimia, termasuk gas, cairan dan zat padat

mulai dari metana sampai asphalt. Komponen utama minyak bumi terutama

hidrokarbon (83-87% C, 11-14% H), senyawa nitrogen (0-0,5%), Sulfur (0-6%) dan

oksigen (0-3,5%).

111

Komposisi Hidrokarbon :

1. n parafin CnH2n + 2

Merupakan fraksi utama dari minyak mentah, gasolin yang dihasilkan dari

”straight run distillation” terutama terdiri dari n parafin. Senyawa ini

mempunyai bilangan okana yang rendah.

2. iso parafin CnH2n + 2

Senyawa dengan rantai cabang memberikan performansi yang lebih baik

pada ”internal combustion engine”. Hanya sejumlah kecil senyawa

isoparafin terdapat dalam minayk mentah. Jumlah senyawa isoparafin

dapat dinaikkan dengan proses perengkahan katalitik, alkilasi, isomerisasi

dan polimerisasi.

3. Olefin CnH2n + 2

Senyawa olefin hampir tidak terdapat dalam minyak mentah, tetapi

terdapat pada proses pengilangan minyak bumi misalnya pada proses

perengkahan secara katalitik akan menghasilkan senyawa ini. Sifatnya

tidak stabil, merupakan bahan baku yang baik untuk zat petrokimia.

4. Aromat CnH2n – 6

Hanya sejumlah kecil senyawa-senyawa aromat yang terdapat dalam

minyak mentah, tetapi senyawa aromat diinginkan dalam gasolin karena

mempunyai sifat antiknok yang tinggi. Sering dipisahkan dari minyak

bumi untuk bahan baku petrokimia. Sejumlah minyak mentah dari

Kalimantan dan Sumatera mempunyai kadar aromat yang cukup tinggi.

5. Naphtena CnH2n (Siklo heksana)

Senyawa-senyawa naphtena merupakan senyawa siklis yang jenuh dan

tudak reaktif seperti alkana. Senyawa-senyawa naphtena merupakan

senyawa kedua yang banyak terdapat dalam minyak mentah. Senyawa

naphtena dengan berat molekul yang rendah merupakan bahan bakar yang

baik, sedangkan yang mempunyai berat molekul tinggi terdapat dalam

fraksi gas oil dan minyak pelumas.

112

6. Senyawa Belerang dan Nitrogen

Senyawa belerang merupakan senyawa yang tidak disukai karena berbau

dan dapat menimbulkan korosi. Umumnya senyawa belerang atau sulfur

dipisahkan dari gasolin dan kerosin.

7.3. Produk-Produk Minyak Bumi

Produk minyak bumi dibedakan secara sederhana atas dasar perbedaan titik

didihnya, sehingga masing-masing produk sesungguhnya masih merupakan campuran

hidrokarbon yang mempunyai sifat hampir bersamaan. Adapun produk minyak bumi

tersebut adalah sebagai berikut :

1. Gas kilang, misalnya C1 dan C2 untuk gas bakar di kilang itu sendiri, C3 untuk

las propana dan bahan bakar rambu-rambu laut dan LPG untuk bahan bakar

rumah tangga.

2. Aviation gasoline, bahan bakar pesawat terbang baling-baling baik besar

amupun kecil.

3. Motor gasoline, bahan bakar kendaraan bermotor seperti super (b.o = 98) dan

premium (b.o = 87).

4. aviation Turbine fuel (minyak jet), bahan bakar untuk pesawat terbang jet

9mesin turbin).

5. Kerosin (minyak tanah), bahan bakar untuk rumah tangga.

6. High Speed Diesel Fuel (minyak solar), bahan bakar mesin diesel.

7. Industrial diesel fuel (minyak diesel), bahan bakar untuk mesin diesel berat.

8. Residu, misalnya diekspor sebagai LSWR untuk bahan baku industri

petrokimia, fuel oil untuk bahan bakar industri, bahan baku untuk pelumas,

minyak gemuk dan lain sebagainya.

113

7.4. Proses-Proses Kimia

Proses-proses kimia dalam pengilangan minyak bumi terutama ditujukan

untuk memperbaiki kualitas dan perolehan fraksi gasolin. Kualitas gasolin sangat

ditentukan oleh ”sifat anti knock” yang dinyatakan dengan bilangan oktana. Bilangan

oktana 100 diberikan pada isooktana (2,2,4 trimetil-pentana) yang mempunyai sifat

anti knock yang istimewa dan bilangan oktana 0 diberikan pada n-heptana yang

mempunyai sifat anti knock yang jelek. Gasolin yang dites dibandingkan dengan

campuran isooktana dan n heptana.

Beberapa jenis proses kimia diantaranya sebagai berikut :

a. Perengkahan (cracking)

Proses ini dimaksudkan untuk memecah hidrokarbon yang lebih tinggi

untuk menghasilkan molekul-molekul yang lebih kecil.

Terdapat 3 jenis proses perengkahan :

1. Perengkahan thermal ( perengkahan karena adanya panas).

2. Perengkahan katalitik (pertengkahan dengan menggunakan bantuan

katalis).

3. Hidrocracking, merupakan kombinasi antara perengkahan dan

hidrogenasi untuk menghasilkan senyawa yang jenuh.

b. Polimerisasi

Adalah penggabungan molekul-molekul kecil (gas) menjadi molekul-

molekul yang lebih besar.

c. Alkilasi

Penambahan jumlah atom dalam molekul menjadi molekul yang lebih

panjang dan molekulnya bercabang. Proses ini dilakukan untuk

menghasilkan gasolin dengan bilangan oktana yang lebih tinggi.

d. Isomerisasi

Digunakan untuk mengubah struktur bangun dari suatu hidrokarbon.

Isomer yang dihasilkan digunakan sebagai feed untuk proses alkilasi.

114

e. Reforming

Pengubahan struktur molekul dari suatu fraksi minyak bumi dengan reaksi

utama yang terjadi reaksi dehidrogenisasi naphtena membentuk senyawa

aromat yang mempunyai bilangan oktana yang lebih tinggi.

Disamping proses-proses di atas masih terdapat proses kimia lainnya yang

digunakan untuk memperbaiki kualitas hasil produk-produk minyak bumi

lainnya, yaitu :

Proses Dewaxing

Penghilangan ”wax” yaitu n parafin dengan berat molekul tinggi dari

fraksi minyak pelumas untuk menghasilkan minyak pelumas dengan ”pour

point” yang rendah.

Proses deasphalting

Penghilangan asphalt dari fraksi yang akan digunakan untuk menghasilkan

minyak pelumas (lubestock)

Proses penghilangan senyawa belerang

Beberapa proses digunakan untuk menghilangkan senyawa belerang

antara lain : merox treating, doctor treating dan sebagainya.

115

SOAL DAN PENYELESAIANNYA

1. Terangkan apa yang dimaksud dengan industri kimia dan mengapa industri kimia

memegang peranan yang sangat penting dalam kehidupan manusia ?

Penyelesaian :

Pengertian Industri Kimia di bagi atas :

Pengertian Industri Kimia secara umum adalah suatu kesatuan aktifitas

manusia yang di mulai dengan pengolahan sumber alam, lalu di ubah menjadi

beberapa produk baik secra komersial atau sebagai objek untuk di olah

kembali yang bertujuan untuk memenuhi kebutuhan umat manusia.

Pengertian Industi Kimia dari segi proses terdiri dari :

- Proses kimia : Suatu proses di mana terjadi perubahan bahan dari

bahan dasar menjadi bahan baru dengan sifat baru

yang diinginkan.

- Proses Mekanis : Suatu proses dimana hanya terjadi perubahan bentuk

dan ukuran saja.

Pengertian Industri Kimia dari segi ekonomi adalah suatu badan usaha yang

penting, yang berkecimpung dalam bidang pemisahan dan perubahan kimiawi

bahan baku. Disebut badan usaha karena memiliki organisasi yang

produksinya harus menguntungkan.

Industri kimia sangat berperan penting dalam kehidupan umat manusia,

karena tanpa industri kimia akan terjadi kelaparan, penyakit dan situasi

higienis yang buruk.

116

2. Jelaskan bagaimana penerapan teknologi proses kimia dilingkungan industri

tersebut ?

Penyelesaian :

Teknologi proses kimia yang diterapkan dilingkungan industri berkembang

dengan pesat sehingga produk-produk industri kimia makin bertambah dengan

adanya penemuan-penemuan produk-produk baru. Industri kimia yang makin

modern banyak melibatkan proses dan operasi yang komleks dan mungkin terdiri

dari banyak peralatan di dalamnya.

Keadaan ini menyebabkan perlunya dilakukan cara-cara analisis yang sistematik

dalam melakukan evaluasi terhadap sistem proses yang ada atau untuk merancang

bangun dan perekayasaan suatu sistem proses baru. Analisis biasa dilakukan

dengan mempertimbangkan beberapa segi yakni Chemical Engineering Tools.

Akan tetapi dalam penerapannya diperlukan tenaga-tenaga yang handal dan

dukungan penelitian serta pengembangan yang kuat untuk menguasai dan

mengembangkan teknologi terutama dalam efisiensi dan mutu produksi serta

mengatasi berbagai masalah yang timbul seperti masalah keselamatan dan

dampak terhadap industri dengan para pakar dalam lembaga penelitian dan

pengembangan serta perguruan tinggi.

3. Jelaskan apa yang dimaksud dengan flow diagram proses dan apa tujuan dari pada

diagram alir bagi suatu pabrik kimia ?

Penyelesaian :

Flow diagram proses memberikan gambaran dari rangkaian urutan alat-alat

pokok, yang memberikan keterangan mengenai peristiwa atau perlakuan yang

dialami oleh bahan-bahan dasar dan bahan-bahan pembantu sampai menjadi hasil

yang diinginkan. Flow diagram proses juga memberikan keterangan tentang

kondisi proses yang dialami oleh bahan-bahan tersebut, kondisi operasi alat-

alatnya. Keterangan tersebut dapat bersifat kwalitatip dan kwantatip.

117

Diagram alir proses menggambarkan urutan proses yang di alami atau dikenakan

kepada bahan baku atau raw material sehingga akhirnya menjadi hasil akhir.

4. Jelaskan bagaimana spesifikasi bahan yang baik dan tepat dalam suatu pabrik

kimia tersebut ?

Penyelesaian :

Dalam tugas perancangan pabrik, spesifikasi bahan-bahan baku bahan

pembantu,katalisator maupun produk perlu diberikan.Sifat-sifat fisk dan kimia

yang perlu duketahui tergantung pada tujuannya. Misyaknyaspesifikasi untuk

persyaratan kualitas bahan atau untuk pengguanaan dalam perhitungan neraca

bahan, neraca panas dan seterusnya. Dalam perhintungan sering diperlukan

bantuan data kondisis operasi, seperti suhu dan tekanan. Harga bahan-bahan tiap

satuan kuantita juga perlu diketahui,terutama berguna untuk evaluasi ekonomi,

rencana pembelian bahan-bahan atau penjualan produk. Dari sifat-sifat bahan

dapat diperkirakan cara penyimpanan bahan dan cara trnsportasi supaya aman,

tidak rusak,tidak mengganggu lingkungan,dst. Misalnya untuk bahan-bahan

beracun,eksplosif,mudah terbakar,tereksida, menyerap air. Sedangkan untuk

bahan bersifat korosif, menentukan pemilihan meterial konstruksi alat-alat yang

dilaluinya.

5. Jelaskan mengapa rancang bangun dan penggunaan He (Heat Exchange) di

Industri itu sangat penting ?

Penyelesaian :

Rancang bangun dan penggunaan H.E menjadi penting karena pada proses kimia

lazim dipergunakan cara penambahan maupun pengurangan panas. Rancangan

H.E. yang lengkap jarang dilaksanakan oleh prose engineer maupun project

engineer.Biasanya dibeli pada pabrik pembuat H.E. garansi dan rancang bangun

dilaksanakan oleh pabrik pembuat H.E. meskipun demikian ,project engineer

118

harus mengetahui metode rancang bangun dan fabrikasi H.E., sehingga dapat

membantu pada pabrik pembuat H.E., bila ada kesukaran.

6. Jelaskan bagaimana pengembangan dan pembangunan industri kimia yang ber

skala nasional yang ada diIndonesia ?

Penyelesaian :

Pengembangan dan pembangunan industri kimia yang berskala nasional adalah

secara mendasar tentunya tidak dapat dipisahkan dari pengembangan sektor

industri serta sektor kegiatan ekonomi lainnya. Keterkaitan antara sektor industri,

sektor industri dengan sektor ekonomi lainnya, serta keterkaitan antra industri

dasar-industri hilir dan industri kecil akan merupakan usaha untuk mendapatkan

struktur industri nasional yang bulat dan mendalam. Atas dasar keterkaitan ini

diharapkan secara cepat dan bertahap bsa tercapai subtitusi import, subtitusi

eksport, dan akhirnya mampu berorientasi eksport dengan pemenuhan kebutuhan

di dalam negeri terlebih dahulu. Pengembangan industri di Indonesia secara

nasional telah digariskan dalam “Rencana Lima Tahun”.

7. Tuliskan beberapa industri kunci yang mempunyai potensi besar untuk

dikembangkan di Indonesia.

Penyelesaian :

Beberapa industri kunci yang cukup berpotensi :

1. Industri Pupuk dan Petrokimia

2. Industri Pulp dan kertas

3. Industri serat sintetis termasuk rayon.

4. Industri bahan kimia asal garam laut

5. Industri Silikat termasuk semen.

6. Industri karet.

119

8. Tuliskan beberapa cara pengambilan Sulfur dari sumbernya

Penyelesaian :

1. Pengambilan sulfur alamiah dari deposit di dalam tanah (Proses frasch)

2. Pengambilan sulfur alamiah dari deposit gunung berapi.

3. Pengambilan sulfur dari gas buang.

4. Pengambilan sulfur dari batuan sulfida/sulfat

9. Tuliskan 2 macam proses pembuatan asam sulfat serta kelebihannya masing-

masing.

Penyelesaian :

5. Proses Kontak, menghasilkan asam dengan konsentrasi 98 %.

6. Proses Kamar Timbal, menghasilkan asam dengan konsentrasi 80 %.

10. Jelaskan / tuliskan tahapan proses pembuatan LNG.

Penyelesaian :

Tahapan pembuatan LNG terbagi atas 2 tahapan utama yaitu :

1. Tahap pengolahan awal (preparasi), yang meliputi :

- Penghilangan gas-gas yang bersifat asam (CO2).

- Penghilangan Kadar air

- Penghilangan kandungan air raksa

2. Tahap pencairan yang meliputi pendinginan secara refrigerasi.

11. Tuliskan pembagian minyak mentah berdasarkan hidrokarbon yang

dikandungnya.

Penyelesaian :

- Minyak mentah parafinik (parafin, isoparafin, olefin)

120

- Minyak mentah naphtenik (naphtena).

- Campuran dari keduanya.

12. Proses-proses kimia dalam pengilanagan minyak bumi ditujukan untuk

memperbaiki kualitas dan perolehan fraksi gasolin. Tuliskan beberapa proses

yang diketahui.

Penyelesaian :

- Proses Perengkahan (cracking)

- Proses Isomerisasi

- Proses Polimerisasi, alkilasi

- Proses Reforming.

13. Tuliskan beberapa nama proses pembuatan amoniak

Penyelesaian :

- Mont Cenis

- American (large)

- Haber Boscn

- Fauser- Montecat

- American (Small)

- Casale

- Claude

- Du Pont

121

DAFTAR PUSTAKA

Austin, G. T, Shreve’s Chemical Process Industries, Fifth ed. 1984.

Carl L Yaws, 1999, “Chemical Properties Handbook”, Mc Graw Hill, New York

D.B. Keyes, 1957, “Industrial Chemicals”, John Wiley and Sons Inc, New York

Diktat Proses Industri Kimia I, edisi tahun 1988, PEDC Bandung.

Faith,W.L., Keyes, D.B., Clark R.L., 1957, “Industrial Chemicals”, John Wiley and

Sons Inc, New York

G.T Austin, 1996, ”Industri Proses Kimia”, PT Erlangga, Jakarta

J.M Coulson., J.F. Richardson,., 1989, “Chemical Engineering Volume 6 An

Introduction to Chemical Engineering Design” Oxford, New York

J.M. Smith, H.C. Van Ness, 2005, “Intoduction to Chemical Engineering

Thermodynamics Seventh Edition”, Mc Graw- Hill

Kirk Othmer, 2003, “Concise Encyclopedia of Chemical Technology ed.4”, Wiley-

Interscience New York

Statistik Perdagangan Luar Negeri Import Jilid I Tahun 1995 – 2004, Balai Pusat

Statistik Jakarta

Modul Pik Tk

Documents