8/16/2019 Materi Ppk
1/40
MODUL MATA KULIAH
PERANCANGAN PABRIK KIMIA
DR. IR. ISMIYATI, MT
JURUSAN TEKNIK KIMIA
UNIERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA
2013
1
8/16/2019 Materi Ppk
2/40
I. PENDAHULUAN
A. PENGERTIAN PERANCANGAN PABRIK KIMIA
Perancangan pabrik kimia atau pabrik sintesis adalah suatu kegiatan yang mencakup
aplikasi berbagai dasar ilmu pengetahuan teknik dan didukung oleh ilmu ekonomi teknik
dan bertujuan mentranslasi gagasan atau ide menjadi suatu bentuk fasilitas fisik (pabrik)
untuk pengubahan bahan baik secara kimia, fisika maupun biologi sehingga diperoleh
produk yang memiliki nilai tambah.
Secara nyata fasilitas fisik tersebut dibangun sedemikian hingga berpotensi
mengembalikan modal investasi dalam jangka waktu tertentu serta memberikan
keuntungan untuk pengembangan lebih lanjut. alam mentranslasi ide tersebut, dimulai
dari tahap penelitian lapangan, tahap penelitian laboratorium, tahap pengembangan dan
seterusnya sampai tahap operasi skala komersial. !nalisis dan sintesis merupakan suatu
perangkat dasar yang penting dalam mencari jawaban persoalan"persoalan yang terdapat
dalam perancangan pabrik kimia.
Seorang perancang yang bertugas untuk merancang pabrik kimia perlu memiliki
konsep fundamental teknik kimia yang merupakan perangkat ilmu teknik kimia yang
biasa disebut# $ chemical engineering tools%.
Terma!" #a$am %era&'a&(a& %a)r*" "*m*a +PPK a#a$a-
1. &endirikan pabrik baru
" Pabrik betul"betul baru (data belum lengkap)
" Pabrik baru yang sudah ada'sejenis (data sudah ada)
2. &emperluas'mengembangkan pabrik yang sudah ada
ebutuhan masyarakat yang masih kurang, baik di dalam negeri maupun luar
negeri
&is# ebutuhan plastik yang sangat pesat
3. &endirikan pabrik dengan teknologi baru
" &engubah limbah menjadi produk yang berharga
" &emproduksi produk yang telah ada dengan teknologi baru yang ditemukan
" ll
8/16/2019 Materi Ppk
3/40
B. KONSEP /UNDAMENTAL TEKNIK KIMIA
Seorang perancang yang bertugas dalam merancang pabrik kimia perlu memiliki
konsep fundamental teknik kimia yang merupakan perangkat ilmu teknik kimia yang
biasa disebut# $ chemical engineering tools%.
“ Chemical Engineering Tools”
1. *eraca massa (material balances)
2. *eraca energi (energy balances)
3. esetimbangan (e+uilbrium)
" isika (kesetimbangan fasa)
" imia
-. Proses"proses kecepatan (rate process)
" isis (transfer phenomena # tr. momentum, panas, massa)
" imia ( kinetika reaksi kimia)
. /konomi
0. umanitas.
Pendekatan 2eknik imia &odern#
Chemical engineering tools + advanced computation
Sangat diperlukan kemampuan penyusunan model matematis dan penyelesaian numerik
(komputasi proses).
3hemical engineering tools merupakan perangkat teknik kimia yang disusun menurut
urutan tertentu yang dapat mempermudah dan memperlancar usaha mencari pendekatan
jawaban suatu persoalan.
1. Nera'a )a-a& maa
*eraca bahan disusun pertama kali sebelum dikerjakan perhitungan neraca panas.
Pada permulaan disusun diagram alir sederhana, kemudian dilakukan perhitungan
neraca bahan di sekitar unit alat masing"masing dan perhitungan neraca bahan secara
keseluruhan (overall ), dengan menghitung kebutuhan bahan baku yang akan diolah
hingga menghasilkan produk yang dihasilkan. *eraca bahan ini berlaku umum, baik
4
8/16/2019 Materi Ppk
4/40
untuk proses kimia maupun proses fisika (tanpa reaksi kimia). ari hasil penyusunan
neraca bahan dapat disusun diagran alir kuantitatif.
2. Nera'a e&er(*%a&a
*eraca energi'panas disusun setelah penyusunan neraca bahan selesai. Secara umum
sebenarnya semua bentuk neraca energi perlu diperhitungkan, tetapi pada proses"
proses kimia, proses pemanasan atau pendinginan umumnya perhitungan neraca
panas lebih diperhitungkan dari pada neraca energi. ari perhitungan neraca energi'
panas dapat diketahui berapa kebutuhan pemanas atau pendingin yang harus
disediakan oleh fasilitas utilitas maupun penukar panas (heat exchanger ) yang dapat
dimanfaatkan. ari perhitungan neraca energi'panas dapat digunakan untuk
membantu dalam perhitungan pembuatan diagram alir kualitatif.
3. Nera'a Kee*m)a&(a&
a. Kee*m)a&(a& a*
&isalnya kesetimbangan tekanan, panas, fasa dan reaksi kimia, yang terjadi pada
sistem batch atau kontinyu. 2etapi kesetimbangan ini tidak menjalankan tentang
ukuran alat.
). Kee*m)a&(a& #*&am*"
alam kesetimbangan dinamik ini, kecepatan transfer, transformasi massa dan
energi merupakan variabel esensial. alam sistem kontinyu dapat terjadi keadaan
kesetimbangan dinamik, walaupun gaya"gaya pendorong neto (net driving force)
seperti pada suhu, tekanan maupun konsentrasi mungkin tidak nol. eadaan
kesetimbangan dinamik ini sering disebut $ steady state%, yaitu keadannya tidak
berubah oleh waktu. eadaan atau konsep ini sangat membantu dalam tugas
analisis dan sintesis.
. Pre4%re "e'e%aa& +rate balance
ari konsep neraca bahan, energi panas dan kesetimbangan statis, tidak kita
perhatikan tentang ubahan waktu, kecuali pada aliran fluida kita masukkan energi
kinetika pada penyusunan neraca energi. 5ntuk memperkirakan ukuran atau kapasitas
alat perlu diperhitungkan pengaruh ubahan waktu, karena ukuran alat ada kaitan
langsung terhadap proses pengolahan sejumlah bahan pada suatu batasan waktu. 6adi
-
8/16/2019 Materi Ppk
5/40
ukuran alat proses secara langsung ditentukan oleh jumlah bahan (kapasitas) da
lamanya proses berlangsung (ubahan waktu).
apasitas maksimal sesuatu alat proses ditentukan oleh kecepatan transfer dan
transformasi masa dan energi pertahun waktu. &aka dapat dinyatakan bahwa
kecepatan atau laju proses (rate process) merupakan ubahan esensial pada
perancangan alat, misalnya alat dan perhitungan efisiensi alat pemisah.
Pada perancangan reaktor kimia misalnya, paling tidak ada dua pertanyaan yang
perlu dijawab#
1) Perubahan apa saja yang terjadi bila ada suatu variabel yang berubah7 alam hal
ini diperlukan penggunaan dasar termodinamika.
) 8agaimana kecepatan perubahan itu terjadi7 6elas bahwa untuk menjawab
pertanyaan ini diperlukan peninjauan tentang $rate proces” yaitu kinetika reaksi
kimia.
5. Nera'a E"&m* +economic balance
Suatu industri atau perusahaan selalu berusaha untuk mencapai keuntungan yang
maksimal disetiap periode waktu kerja. 8erarti bahwa dalam tugas perancangan, tidak
hanya peninjauan dari segi kinetik saja, tetapi juga diperlukan pertimbangan dari segi
ekonomi (biaya, harga dll)
&isalnya dalam pemilihan peralatan, selain tipe dan spesifikasi alat yang
diperhatikan, maka keamanan dan kemudahan operasional, perawatan, biaya operasi
dan seterusnya juga perlu dipertimbangkan.
&aka perlu dijawab pertanyan#
1) !pa yang harus dikerjakan dalam pabrik agar diperoleh keuntungan7
) 8erapa besarnya biaya operasi, penanaman modal7
4) 8erapa keuntungan yang diperoleh7
-) an lain"lain
Sehingga perlu dibuat neraca ekonomi agar diketahui secara pasti bahwa perancangan
pabrik tersebut dapat menghasilkan keuntungan.
8/16/2019 Materi Ppk
6/40
5. H!ma&*a + Human balance
Selain aspek teknis dan ekonomis, dalam perancangan pabrik ternyata masih ada
aspek non teknik yang perlu dipehitungkan. &isalnya aspek lingkungan, perhatian
terhadap bahan buangan'limbah lebih"lebih limbah berbahaya (84), pengamanan
terhadap alat"alat proses terhadap para karyawan, fasilitas ibadah, rekreasi, olah
raga dll.
C. KEPPLING6S KEY 7ORDS
ata kunci utama terhadap kippling sebenarnya alat untuk pengembangan maupun
peningkatan analisis dan sintesis masalah. ata"kata tersebut dalam bentuk
pertanyaan yang harus dijawab, sehingga merupakan bentuk pasangan tanya jawab.
1. !pa (9hat) 4. 8agaimana (ow) . apan (9hen)
. &engapa (why) -. Siapa (9ho) 0. imana (9here)
8entuk ynya jawab tersebut dapat dipergunakan dalam analisis dan sintesis berbgai
masalah dalam jangkauan yang cukup luas. 8erikut diberikan contoh pertanyaan"
prtanyaan yang perlu dijawab, baik dalam tugas perancangan pabrik, perancangan alat
dll.
3ontoh pertanyaan pada tugas perancangan.
1. !pa7
" Pabrik dan proses apa yang akan di rancang7
" ata apa saja yang harus dicari7
" :angkah apa saja yang harus dikerjakan7
" st"
2. &engapa7
" &engapa proses inikita pilih7
" &engapa dipilih proses dengan pengendalian otomatis7
" &engapa harus dipilih kapasitas ditas kapasitas ekonomi7
" st"
3. 8agaimana7
" 8agaiman cara memilih alat"alat proses7
0
8/16/2019 Materi Ppk
7/40
" 8agaimana cara menyusun tata letak pabrik atau alat7
" 8agaimana realisasi rancangan yang telah dibuat7
" st"
. Siapa7
" Siapa yang dapat memberikan informasi perancangan ini7
" Siapa yang memiliki paten, pengalaman perancangan pabrik7
" Siapa yang pernah membangun pabrik tersebut7
" st"
5. apan7
" apan pabrik ini pernah dibangun7
" apan proses atau alat , juga paten itu mulai berlaku dan berakhir7" apan tugas perancangan ini harus diselesaikan7
" st"
8. imana7
" imana pabrik ini akan dibangun7
" imana letak sumber bahan baku7
" imana letak daerah pemasaran produk7
" st"
5ntuk tanya jawab seperti contoh diatas perlu dipergunakan, baik dalam perancangan
pabrik, alat"alat proses dan pembantunya serta tugas analisis dan sintesis, sehingga
ada dorongan berpikir ke arah lebih kreatif dan sistematis.
;
8/16/2019 Materi Ppk
8/40
BAB II
KEGIATAN PERANCANGAN PABRIK KIMIA
egiatan"kegiatan perancangan pabrik yang harus dikuasai oleh seorang
$Chemical Engineer % yaitu dimulai dari suatu gagasan yang direalisasikan melalui
penelitian, dilanjutkan dengan pengembangan sampai tahap realisasi yaitu tahap operasi
dan produksi.
egiatan tersebut meliputi#
1. Penelitian proses ( process research)
2. Pengembangan proses ( process development )
3. 2eknik proses ( process engineering )
. !nalisis dan evaluasi ekonomi (economic analysis and economic evaluation)
5. 2eknik proyek ( project engineering )
8. 2eknik konstruksi (construction engineering )
9. 2eknik operasi (operation engineering )
:. 2eknik penelitian pasar (market research engineering )
(Simposium !
8/16/2019 Materi Ppk
9/40
hanya bisa tumbuh alami di
8/16/2019 Materi Ppk
10/40
pabrik Compact Disc (3) misalnya, adalah sebuah contoh pabrik yang dibangun
karena ketersediaan suatu teknologi dan pengetahuan yang menyeluruh mengenai
sinar laser dan apa yang mampu sinar laser akibatkan pada struktur kristal. 2api tetap
saja motivasi jenis ini butuh ide"ide yang cemerlang dan inovatif, yang percaya kalau
fenomena sinar laser bisa digunakan sebagai sarana penyimpanan dan pembacaan
data digital. 2idak semua teknologi baru bisa dikembangkan menjadi pabrik dengan
produk baru.
8/16/2019 Materi Ppk
11/40
) Mem)er*"a& #aa "!a&*a*
8/16/2019 Materi Ppk
12/40
Perubahan yang terjadi antara umpan dan hasil reaksi perlu dipelajari.
). K*&e*"a K*m*a aa! K&=er* Rea"*
3ontoh # sikloheEan ben?ena
8agaimana pengaruh suhu dan tekanan terhadap konversi sikloheEan7 al ini
dapat diketahui dari eksperimen maupun perhitungan teoritis.
Pengaruh suhu dan tekanan terhadap konversi sikloheEan ke ben?ena( # sikloheEan F - mole umpan)
2ekanan Suhu G mol ben?ena dalam produk Psi o Hol'vol'jam terhitung
4@@
0@@
>@@
=@@
=@
>@@
=@
;@
=@
=4
44
=
;
>=
=0
41
=-
'. H!)!&(a& erm#*&am*"a %a#a !-! >50 C
301 300 I 4
SikloheEane ben?ena hidrogen
=.@ pada1@)(P
)(P)(Pp o0
13
3
4
0
00 ==
301 301
SikloheEane (S) metil siklopentana (msp)
=.@ pada 1)(P)(Pp o
S
msp ==
alam tinjauan ini maka pengaruh tekanan dapat dipelajari.
2 ?ar*a)e$ Pre
1
P # 4@@ C 0@@ psi
2 # >@@ C =@ o
8/16/2019 Materi Ppk
13/40
Hariabel penting pada proses hidroforming adalah #
• Suhu J 'naphta J katalisator
• 2ekanan J naphta
J kotoran (S,,D dan
&etal)
• 9aktu J space rate J regenerasi
8agaimana pengaruh variabel ini terhadap hasil dan operasi perlu juga dipelajari.
ondisi operasi optimum dan batas"batas kerjanya perlu ditetapkan.
3 S*; o, terjadi reaksi isomerisasi
Pada 2 L >; o terjadi proses perengkahan'cracking
ari data eksperimen diusahakan untuk menarik kesimpulan.
6ika perlu dihitung pula data lain untuk keperluan pengembangan data untuk
mendukung perancangan. Suatu hal yang penting untuk dicacat yaitu dengan
dukungan data minimum kita harus mampu mengembangkannya sehingga dapat
menyelesaikan tugas pemecahan masalah dan perancangan alat proses. arena itu
maka seorang perancang harus mampu mengembangkan daya imaginasi,
keterampilan, analisis dan sintesis serta ketekunan.
8 Ke*m%!$a&
14
8/16/2019 Materi Ppk
14/40
ari analisis dan sintesis data penelitian, pengembangan data, hasil kalkulasi dan
studi lainnya tentang proses hidroforming data, dapat ditarik kesimpulan seperti
dibawah ini (hanya sekedar suatu contoh).
iperkirakan bahwa proses yang dipelajari dapat diteruskan
pengembangannya ke arah skala komersial.
/valuasi ekonomi didukung oleh data yang cukup lengkap.
ari evaluasi variabel proses menunjukkan bahwa studi lanjutan dapat
dilakukan ke kelompok pengembangan.
Dperasi menurut skala komersial dapat disiapkan setelah dipelajari dari
tahapan # penelitian proses, pemgembangan proses dan $ pilot pant %.
apat diusulkan diagram alir proses sederhana, dan masih dilakukan
pengembangan lebih lanjut.
2. Pe&(em)a&(a& Pre
Suatu tugas yang dapat dikatakan tidak pernah berakhir adalah pengembangan
proses untuk memperoleh proses maupun produk yang lebih baik. arena itu supaya
industri dapat bertahan dalam situasi bersaing, kemampuan penelitian dan
pengembangan sangat diperlukan sebagai pendukung sasaran tugas tersebut. 2etapi
bagaimanapun efektifitas laboratorium penelitian, bila hasilnya langsung ditranslasi ke
operasi berskala komersial, kemungkinan dapat berkhir pada kegagalan fatal. &aka
1-
preheater
preheater *aphta
Aeaktor
katalitik
Bas
Bas
:PBseparator
cairanhasil
8/16/2019 Materi Ppk
15/40
dari tahapan penelitian masih perlu dilanjutkan ke tahapan pengembangan yang
mempelajari bagaimana kemungkinan untuk diterapkan ke skala komersial. ata dari
laboratorium harus dipelajari kembali dan diinterpretasi kembali. 6ika ternyata kurang
menguntungkan dan tidak mungkin ditranslasi ke skala komersial, sebaiknya proyek
ini ditunda dulu, bahkan dibatalkan.
Brup pengembangan proses harus mengadakan komunikasi tetap dengan grup
penelitian, perancangan, evalusi dan manufakturing. 9alaupun pada tahap
laboratorium telah diadakan evaluasi ekonomi, penelitian dari segi ekonomi masih
perlu ditinjau kembali.
2ugas"tugas pengembangan proses adalah#
8/16/2019 Materi Ppk
16/40
a) &emberikan dan melengkapi data informasi yang lebih lengkap untuk
perancangan akhir.
b) &emeriksa, mempelajari kembali hasil penelitian lab.
c) &enentukan variabel proses yang kritik.
d) &encari data informasi atau konsultasi dengan $ process design engineering %
tentang kebutuhan data untuk perancangan detail yang terakhir.
) Perancangan dan onstruksi $ pilot plant %
5ntuk mempelajari kemampuan suatu proses yang akan ditranslasi ke skala
komersial dan pengaruh variabel"variabel operasi dapat dipergunakan $ pilot plant %
&enurut Hilbrandt# pilot plant atau prototype plant lengkap merupakan rangkaian
dari elemen"elemen produksi yang esensial
3. Te"&*" Pre + process Engineering
2eknik proses (process engineering) dilakukan setelah selesai tahapan penelitian dan
pengembangan proses.
asil"hasil penelitian dan pengembangan proses sebelumnya akan dipergunakan
sebagai dasar peramalan sampai dimana proses yang dipelajari akan berhasil bila
dibangun menurut skala komersial.
!lat"alat pross disusun spesifikasinya secara jelas tanpa melupakan pertimbanganfaktor ekonomi dan dapat berfungsi dengan baik.
2ata letak alat dan sistem pemipaan disusun seefisien mungkin. asilitas luar
seperti# boiler, cooling tower harus diperhitungkan pula.
asil pemikiran dari kelompok ini akan dipergunakan sebagai landasan perancangan
selanjutnya yang lebih teliti.
T!(a era&( Te"&*" %re aa! %era&'a&( %re
Seorang perancang proses biasanya tidak langsung mengerjakan perancangan detail
dari alat"alat proses, tetapi lebih memperhatikan peninjauan proses secara
keseluruhan hingga evaluasi ekonomi. 8eberapa tugas pokok yang dijalankan antara
lain sebagai berikut#
10
8/16/2019 Materi Ppk
17/40
1. &enyusun diagram alir proses yang memuat semua alat"alat dan instrumen,
termasuk kondisi proses dan operasi, seperti suhu, tekanan dan laju aliran.
. membuat neraca bahan disetiap unit alat maupun neraca bahan keseluruhan,
misalnya kebutuhan jumlah bahan baku yang akan diolah, serta jumlah produk
yang diperolah.
4. &embuat neraca panas di setiap alat yang memiliki beban panas maupun neraca
panas keseluruhan. &isalnya beban panas dan ukuran dari alat penukar panas
(heat exchanger ) .
-. &enentukan spesifikasi peralatan seperti F spesifikasi pompa, spesifikasi reaktor ,
spesifikasi tangki pengumpan dan penyimpan.
. &enetapkan kondisi optimum dari alat"alat pemisah, alat"alat proses, berdasarkan
pertimbangan segi teknik dan ekonominnya.
0. /valuasi kebutuhan utilitas, misalnya# kebutuhan steam, air industri, tenaga listrik,
bahan bakar dan udara instrumen.
;. &elakukan evaluasi investasi modal, biaya pengolahan atau produksi dan biaya
yang berkaitan dengan $ performance dari proses%
>. &enyusun alat"alat pabrik, tata letak alat, menentukan material konstruksi yng
dipandang paling sesuai berdasarkan pertimbangan segi korosi, kekuatan dll.
=. al lain yang masih perlu mendapatkan perhatian ialah# pemeliharaan dan
perawatan alat"alat, $ performance% dan sebagainya.
T*&("aa& Te"&*" %rePera&'a&( Pre
Pada garis besarnya perancangan proses dapat dibedakan dalam 4 katagori perancangan#
1) Quick atau horseback process design
Pekerjaan ini sering dikerjakan pada tahapan penelitian dari suatu proyek.
arenaM data yang tersedia biasanya tebatas atau minim sehingga hasilnya masih
kurang teliti. etelitian biaya hanya mencapai G.
2) Preliminary peocess design
emungkinan pekerjaan ini dilakukan pad tahap $ pilot plant % dari suatu proyek.
Sesuai dengan waktu dan dat yang tersedia, hasil perhitungan perancangan cukup
1;
8/16/2019 Materi Ppk
18/40
terperinci (detail). &isalnya perhitungan neraca bahan dan neraca panas telah
dapat disusun cukup lengkap. &aka evaluasi ekonomi sudah lebih mendekati
ketelitian ( fairly accurate)
) !inal design
Pada tahap perancangan ini, perhitungan perancangan proses sudah lengkap dan
terperinci. Bambar alat"alat lebih detail dan evaluasi biaya sudah mencapai yang
paling teliti (most accurate). 9alaupun demikian, sampai pad tahap konstruksi
dan tahap operasi masih dimungkinkan adanya petubahan peralatan.
. A&a$** #a& e=a$!a* e"&m* +economic analysis and economic e"aluation
Suatu industri atau perusahaan selalu berusaha untuk mencapai keuntungan yang
maksimal disetiap periode waktu kerja. 8erarti bahwa dalam tugas perancangan, tidak
hanya peninjauan dari segi kinetik saja, tetapi juga diperlukan pertimbangan dari segi
ekonomi (biaya, harga dll)
&isalnya dalam pemilihan peralatan, selain tipe dan spesifikasi alat yang
diperhatikan, maka keamanan dan kemudahan operasional, perawatan, biaya operasi
dan seterusnya juga perlu dipertimbangkan.
&aka perlu dijawab pertanyan#
1) !pa yang harus dikerjakan dalam pabrik agar diperoleh keuntungan7
) 8erapa besarnya biaya operasi, penanaman modal7
4) 8erapa keuntungan yang diperoleh7
-) an lain"lain
Sehingga perlu dibuat neraca ekonomi agar diketahui secara pasti bahwa perancangan
pabrik tersebut dapat menghasilkan keuntungan.
5. Te"&*" %r;e" + pro#ect engineering
Project engineering adalah kegiatan setelah proyek perancangan yang telah dikerjakan
oleh kelompok sebelumnya. Project engineering sebagai bagian yang akan dibangun
dan bahkan dianalisis sebagai proses lagi. Perancangan dan pembangunan pabrik
tidak dapat diselesaikan secara baik hanya oleh satu bidang ilmu teknik kimia saja,
1>
8/16/2019 Materi Ppk
19/40
tetapi perlu koordinasi dengan bidang eknik lainnya seperti teknik sipilN teknik
mesin, teknik elektro, juga bidang ilmu manajemen, ekonomi dsb
9. Te"&*" "&r!"* $construction engineering
:. Te"&*" %era* +operation engineering
>. Te"&*" %e&e$**a& %aar $market research engineering
1=
8/16/2019 Materi Ppk
20/40
BAB III
STRUKTUR SISTEM PROSES
egiatan proses mengubah suatu bahan menjadi produk secara keseluruhan dapatdipandang sebagai sebuah struktur sistem proses yang terdiri atas sub"sub sistem yang
menggambarkan suatu tahapan perancangan proses.
Penggambaran rangkaian struktur system proses diperlukan untuk memudahkan suatu
pemecahan masalah perancangan proses.
!liran informasi merupakan nilai peubah"peubah yang terlibat dalam perancangan,
seperti komposisi, suhu, tekanan, laju alir, enthalpi. omposisi, suhu dan tekanan
merupakan peubah intensif, yang bebas terhadap jumlah bahan (laju alir).
1. U&*4!&* ;a&( a#a #a$am %re %r#!"*
alam proses produksi, diinginkan hasil dengan efisiensi yang setinggi"tingginya
baik dari segi teknis maupun ekonomis. 2ujuan ini diwujudkan dalam praktek dengan
jalan melakukan operasi dengan upaya hasil yang sebanyak"banyaknya, waktu singkat
dan biaya rendah. Pengolahan'proses yang dilakukan meliputi pengolahan fisika yaitu
perubahan"perubahan fisika yang dihubungkan dengan penanganan secara industri
@
Bambar 1. Aangkaian struktur system proses
Penyimpanan
bahan dasar
Penjual"
an
Pemisahan
produk
Penyimpan"
an umpan
Aeaksi
(Aeaktor)
Pemurnian
produk
Penyimpan"
an produk
aur ulang bahan yang
tidak bereaksi
asil samping
:imbah
5nit persiapan bahan baku'row material
5nitreaksi'sin
tesis5nit finishing
8/16/2019 Materi Ppk
21/40
terhadap bahan"bahan kimia maupun lainnya, inilah yang disebut 5*
8/16/2019 Materi Ppk
22/40
" Penyesuaian komposisi# miEer, blender, tangki berpengadul dll
!lat transportasi dan penempungan
3ontoh# belt conveyor, elevator, pompa I pipa
2anki"tanki penampung, silo dll
II. U&* Pe&($a-a&*&e*rea"*
5nit ini bertugas mensintesis'mereaksikan bahan dasar untuk mengubah menjadi
senyawa hasil yang diinginkan. Pengolahan dapat bersifat fisika maupun kimia.
5ntuk pengolahan bahan dasar, pada umumnya diperlukan tenaga dalam bentuk
panas listrik, cahaya maupun tenaga fisik (pukulan, gesekan dll).
Panas sebagai tenaga, sebagian besar diperlukan dari pembakaran bahan bakar (gas
alam, minyak bumi, arang batu), tenaga matahari, tenaga panas reaksi kimia, tenaga
nuklir dsb. alam industri efisiensi penggunaan energi ini penting sekali.
Pada unit pengolahan, bahan baku diubah menjadi hasil'produk. Sedang alat untuk
tempat terjadinya reaksi kimia disebut REAKTOR. Pada umumnya reakstor
dilengkapi dengan alat"alat penyesuaian kondisi operasi. ondisi operasi yang
dimaksud adalah # suhu, tekanan, perbandingan pereaksi'komposisi.
asil dari unit pengolahan ini masih berupa campuran dengan sisi bahan baku yang
tidak bereaksi, hasil samping, inert dan lain"lain, yang masih emerlukan pemurnianatu pengolahan lanjut agar diperoleh spesifikasi hasil yang diinginkan yang di proses
lanjut pada unit
8/16/2019 Materi Ppk
23/40
Serangkaian alat"alat yang ada dalam masing"masing unit dapat digambarkan dalam
bentuk diagram alir ( flow diagram)
PROSES KIMIA DALAM UNIT PENGOLAHANSINTESIS
5ntuk mempelajari proses kimia dalam unit pengolahan, dapat ditinjau dalam segi,
yaitu#
1. !lat'tempat
. Sintesis atau reaksi
1. A$aem%a
Sebagai tempat terjadinya reaksi pengolahan, siperlukan alat yang disebut A/!2DA.
Aeaktor ini harus bisa memenuhi persyaratan tertentu yang harus disesuaiakan dengan
sifat bahan yang diolah dan sifat bahan yang dihasilkan. &isalnya# alat harus tahan
terhadap korosi, tahan terhadap tekanan, tahan terhadap suhu tinggi dsb.
emikian juga karena kondisi reaksi (tekanan, suhu dan konsentrasi dsb) untuk suatu
reaksi perlu diatur dan diawasi untuk menghasilkan hasil yang diinginkan, maka
biasanya reakstor dolengkapi dengan alat"alat penunjuk'indikator dan alat"alat
pengontrol'pengatur.
2ermasuk sebagai alat penunjuk antara lain# termometer, p meter dsb.
8/16/2019 Materi Ppk
24/40
K*&e*"a
igunakan antara lain
1. &emahami mekanisme reaksi
. &enghutung ukuran reaktor
4. &emperkirakan usaha"usaha yang dapat ditempuh untuk mempelajari reaksi
yang berjalan lambat dan reaksi yang berjalan terlalu cepat agar dapat dikontrol
Term#*&am*"a
igunakan antara lain untuk#
1. &emperkirakan energi'panas yang diperlukan (endotermis) atau energi'panas
yang dikeluarkan (eksotermis) dari reaksi kimia
. &emperkirakan konversi maksimum yang dapat dicapai pada kesetimbangan
4. &emperkirakan usaha"usaha yang dapat ditempuh untuk memperbesar konversi
kesetimbangan
Ua-a4!a-a !&!" mem%er'e%a rea"* #a& mem%er)ear "&=er* #**&@a! #ar*
"*&e*"a
&isalnya reaksi#
a! I b8 c3 I d
ecepatan reaksi#
" r ! K k (!)a (8) b
eterangan#
" r ! # kecepatan berkurangnya !
k # konstanta kecepatan reaksi
(!) # konentrasi reaktan !
(8) # konsentrasi reakstan 8
a,b # pangkat'tingkat reaksi
ukum !rrhenius mendefinisikan #
/'A2!ek −=
-
8/16/2019 Materi Ppk
25/40
eterangan#
! # faktor frekwensi tumbukan
/ # tenaga aktifasi
A # 2etapan gas
2 # suhu reaksi (o)
2erlihat bahwa k, dipengaruhi oleh !, / dan 2
1 /a"r /re"e&* !m)!"a& +A
aktor frekwensi tumbukan dipengaruhu oleh#
Sifat pencampuran pereaksi. 6ika pereaksi tidak saling melarutkan atau tidak
dapat bercampur secara sempurna maka diperlukan pengaduk, sirkulasi
:uas permukaan
5ntuk memperbesar faktor tumbukan diusahakan pereaksi berupa gas atau cair.
6ika pereaksi berupa ?at padat maka perlu dilakukan gasifikasi atau dibuat
partikel"pertikel kecil (penumbuka)
Salah satu pereaksi dibuat eEcess
Pemihihan pereaksi yang dibuat eEcess adalah pereaksi yang lebih mudah
didapatkan, harga lebih murah, jumlah melimpah dll.
2 Te&a(a a"*=a*
2enaga aktivasi adalah tenaga awal yang diperlukan agar reaksi dapat berlangsung .
2enaga aktivasi ini dapat diperbesar atau diperkecil oleh suatu katalisator.
atalisator positif# memperkecil tenaga aktivasi sehingga mempercepat reaksi.
atalisator negatif (inhibitor) # memperbesar tenaga aktivasi sehingga
memperlambat reaksi.
8/16/2019 Materi Ppk
26/40
3 S!-! +T
ari persamaan /'A2!ek −=
*ilai k dipengaruhi oleh suhu (2). 8ila 2 dinaikkan, maka harga /'A2 kecil dan k
makin besar (reaksi berjalan makin cepat). isamping dipengaruhi oleh besarnya harga k,
kecepatan reaksi juga dipengaruhi oleh konsentrasi peraksi (!) dan (8), yang dapat
ditempuh dengan menggunakan konsentrasi pereaksi yang tinggi dan
memperkecil'meniadakan inert dari campuran pereaksi.
Ua-a mem%er$a- -a*$ ;a&( )ear #* *&@a! #ar* erm#*&am*"a
3ontoh reaksi#
dc3 b8a!
k1
k)
+ →←+
Pada keadaan kesetimbangan berlaku hubungan sbb#
ba
dc
1
(8) (!)
() (3)
k
k == F
( ) K konsentrasi
K konstanta kesetimbangan
5ntuk gas berlaku# P n
n(!)
t
!
=
&aka,
b)(ad)(c
tn
P
b8
na!
n
d
nc3
n
+−+
=
eterangan# a, b, c, d # koefisien reaksi
n!, n8, n3, n # jumlah mol komponen
P # tekanan
nt # jumlah mol total (n! I n8 I n3 I n I ninert)
8esarnya harga k dipengaruhi oleh suhu reaksi, sedangkan dari persamaan dapat
dilihat bahwa untuk memperoleh 3 dan yang banyk, dapt ditempuh dengn memakai
0
8/16/2019 Materi Ppk
27/40
(!) dan (8) yang tinggi, dan perbandingan pereaksi yang baik,sehingga hasil perkalian
(!)a E (8) b maksimum.
5saha lain yaitu mengusir salah satu hasil 3 atau dari campuran hasil reaksi. 6ika hasil
yang diinginkan adalah , maka 3 yang segera diusir atau sebaliknya. Pengusiran salah
satu hasil akan mengakibatkan hasil yang terbentuk terus"menerus (maksimum).
6ika hasil yang diinginkan adalah , maka#
d)(c b)(a
tn
P
c3
n
b
8
na
!
n
n
atau,
b)(ad)(c
P
tn
c3
n
b8
na!
nn
+−+
=
+−+
= K
U&!" mem%er$e- -a*$ D ;a&( )a&;a" #a%a #*em%!- #e&(a&
1. dibuat besar #
6ika reaksi eksotermis, makin rendah suhu, makin besar.
6ika reaksi endotermis, makin tinggi suhu, makin besar harga .
. onsentrasi ! dan 8 yang dipakai diusahakn tinggi
4. Salah satu hasil diusir, misalnya 3 sehingga n3 kecil, maka n menjadi besar.
-. Perbandingan pereaksi yang tepat
. 2ekanan#
" 8ila (a I b) C ( c I d) positif, maka tekanan tinggi menguntungkan.
" 8ila (a I b) C ( c I d) negatif, maka tekanan tinggi tidak menguntungkan.
" 8ila (a I b) C ( c I d) adalah nol, maka tekanan tidak berpengaruhi.
kesetimbangan
0. 6umlah mol total dipengaruhi inert#" 8ila (a I b) C ( c I d) positif, maka adanya inert tidak menguntungkan
" 8ila (a I b) C ( c I d) negatif, maka adanya inert menguntungkan
adang"kadang usaha dari segi termodinmika bertolak belakang dengan usaha ditinjau
dari segi kinetika, maka perlu dicari optimasi melalui penelitian. emikian juga
;
8/16/2019 Materi Ppk
28/40
kemampuan alat, kestabilan senyawa"senyawa dan efisiensi tenaga akan menjadi batasan
usaha yang ditempuh untuk mendapatkan hasil yang optimal dengan waktu singkat.
Sebagai contoh.
Penentuan suhu (2), jika ditinjau dari segi kinetika semakin tinggi suhu, hasil (produk)
semakin tinggi, namun penentuan suhu (2) jika dilihat dari segi termodinamika belum
tentu jika suhu tinggi akan menghasilkan produk yang besar, bahkan bisa sebaliknya
justru mengurangi hasil (produk).
Me&e&!"a& !-! %*m!m
Pre Eerm*
Pre E"erm*
>
E
E
8/16/2019 Materi Ppk
29/40
BAB, I?
ANALISIS DAN SINTESIS PROSES
=
E
E
2 optimumSuhu (2)
8/16/2019 Materi Ppk
30/40
A. Ta-a%a& S*&e* %re
Perancangan proses adalah suatu kegiatan berurutan secara sistematis dan terpadu
dalam bentuk sintesis. Pendekatan atau pola sintesis yang menjadi ciri perancangan
adalah bagaimana suatu masalah yang sulit dan kompleks diurai menjadi beberapa
masalah yang lebih mudah. asar perancangan proses kimia, yaitu masing"masing
dikembangkan oleh Audd dan 9aston (1=;4), ouglas (1=>>) serta Seider, et al (1===),
meliputi lima tahapan yaitu#
1) Pemilihan proses
) Pemilihan jalur proses
4) !lokasi bahan atau pereaksi
-) Pertimbangan teknik pemisahan
) Pemilihan operasi pemisahan
0) Pemaduan atau integrasi rancangan tahap 1 sampai
1. Pem*$*-a& Pre
ampir dapat dipastikan bahw a produk"produk yang kompetitif dan berhasil
diproduksi secara komersial senantiasa berasal dari perjalanan panjang yang bermula
dari strategi penelitian dalam memilih proses yang tepat. al ini berkaitan dengan proses kimia atau biokimia, bahwa suatu produk dapat dihasilkan atau disintesis
melalui berbagai alternatif reaksi atau proses. Sebagai contoh#
S;&ea %-e&$ dapat dilakukan melalui (lima) macam proses yaitu#
1. Proses sulfonasi
. Proses chloroben?ena
4. Proses katalitik
-. Proses oksidasi toluene
. Proses hidroperoksid cumen
S;&ea ?*&*$ C-$r*#a dapat dilakukan melalui 4 (tiga) macam proses yaitu#
Pre 1
4@
8/16/2019 Materi Ppk
31/40
3lchlorida)(hidrogen
3l4
3
chlorida)(vinil
3l-
3
etane)(dichloro
3l
-
3
etane)(dichloro
3l
chlorida)(-
3
etilena)(
+ →
→ +
panas
Pre 2
3l4
3
chlorida)(vinil
3lchlorida)(hidrogen
-
3
etilena)(
→ +
Pre 3
3l
chlorida)(hidrogen
3l4
3
chlorida)(vinil
3l-
3
etana)(dikhoro
D
(water)
3l-
3
etana)(dikhoro
-
3
(etilena)
D
1
(oksigen)
3lchlorida)(hidrogen
+ →
+ → ++
panas
ari masing"masing proses tersebut diatas dipilih salah satu proses yang terbaik.
8agaimana cara memilihnya7 8erikut ini diberikan beberapa faktor pertimbangan untuk
pemilihan proses, tanpa harus membuat kalkulasi teliti atau perancangan detail. 8eberapa
faktor pertimbangan sebagai pembanding pemilihan proses antara lain sebagai berikut#
/a"r Te"&* Ba-a& Ba"! Ha*$ Pr#!" Pera$aa&" emudahan
operasi (kondisioperasi'proses, seperti
tekanan, suhu dll)" emungkinan
pengembangan dimasa
mendatang" eamanan dan
bahaya
" Persediaan
bahan baku saat inidan masa yang akan
datang" Persediaan
bahan pembantu
seperti atalis" Penyimpanan
yang diperlukan" 3ara
pengangkutan
" 6umlah yang
dihasilkan ataukonversi
" asil
samping" :imbah
" Aancangan
peralatan
2. Pem*$*-a& @a$!r rea"* aa! %re
6alur reaksi atau proses merupakan tahapan yang sangat penting dalam sintesis
atau perancangan proses. Pada pemilihan awal jalur reaksi atau proses, dua
pertimbangan pokok selalu dijadikan kriteria utama, yaitu teknis dan akonomis.
Pertimbangan teknis berkaitan dengan stokiometri reaksi dan jalur sintesis atau proses
41
8/16/2019 Materi Ppk
32/40
(reactionpath!. Pada tahapan ini aspek"aspek teknis yang berkaitan dengan
pengubahan reaksi dari skala la boratorium ke teknik operasional skala yang lebih
besar perlu diperhatikan dan dipecahkan. Dleh sebab itu pada umumnya seorang
perancang proses, biasanya berkonsultasi dengan pakar proses (kimia dan biokimia).
alam pertimbangan jalur proses, pendaur ulangan (recycling ) reaksi juga menjadi
salah satu pilihan untuk meningkatkan kinerja proses.
Pertimbangan ekonomi jalur reaksi atau proses dapat ditentukan secara cepat
dengan analisis produk C konsumsi atau analisis nilai tambah. !nalissi ini dilakukan
dengan menghitung berapa nilai tambah yang dapat dihasilkan dari suatu rangkaian
reaksi'proses. engan mengetahui neraca massa proses atau stokiometri reaksi, serta
nilai masing"masing bahan tersebut secara mudah dapat diprakirakan nilai tambah
yang dihasilkan dari proses atau jalur yang dipilih adalah jalur yang mempunyai nilai
tambah positif. Sema"*& *&((* &*$a* ere)!, ema"*& )ear %e$!a&( !&!"
#*%*$*-.
3ontoh#
1. Pemilihan jalur proses dengan recycle hal -0 (Produksi isopropil alkohol)
. Proses solvey (.-.1) hal -
3ontoh#
Suatu reaksi esterifikasi untuk menghasilkan ester (isopropil asetat) dari isopropil alkohol
dan asam asetat, akan dikaji kemungkinan pengembangannya
Aeaksi#
D
1
air 4
DD331;
14
3
asetat)(isopropyl
3DD14
31
asetat)(asam
D1;1
43
alkohol)(isopropyl
+ →←+
onversi pembentukan isopropyl asetat adalah 0@G, sedangkan nilai masing"masing pereaksi dan produk sebagai berikut F (Aupiah'kg)
!sam asetat K Ap ;.@@@,"'kg F isopropyl alcohol K Ap 0@.@@@,"'kg dan isopropyl asetat
K Ap 1@@,@@@,"'kg
2unjukkan bahwa reaksi tersebut secara awal dapat dipertimbangkan untuk diterapkan
pada pengembangan proses lebih lanjut.7
4
8/16/2019 Materi Ppk
33/40
44
8/16/2019 Materi Ppk
34/40
4-
8/16/2019 Materi Ppk
35/40
4
8/16/2019 Materi Ppk
36/40
40
8/16/2019 Materi Ppk
37/40
3. A$"a* )a-a& aa! %erea"*
alam alokasi bahan pertimbangan utama adalah bagaimana dapat
menyediakan berbagai bahan yang diperlukan dalam jalur proses yang akan
dikembangkan. 8ahan yang diperlukan sebagai pereaksi kimia harus dapat diperoleh
pada semua jalur proses , baik dalam aliran sumber bahan dasar maupun aliran
buangan (purging) dari reaktor. emikian pula produk reaksi dan pereaksi yang tak
terkonversi (sisa) dapat dialirkan sebagai daur ulang (recycle) sebagai produk proses.
atau sebagai limbah untuk diproses. (S!r;a&*, A #a& Ma&(!&*#@a;a, D. 2002)
8/16/2019 Materi Ppk
38/40
. Per*m)a&(a& e"&*" %em*a-a& aa! %re -*$*r
Proses yang diterapkan untuk mengubah bahan dasar menjadi produk, selain
proses utamanya juga melibatkan operasi pemisahan baik yang dilakukan pada
persiapan, jalur proses maupun pemurnian produk. !gar supaya dapat menerapkan
pemisahan secara ekonomis, maka perancang proses harus dapat memilih dengan
tepat proses pemisahan tersebut berdasarkan sifat fisika dan kimiawi bahan yang
terlibat dalam proses. 8erdasarkan perbedaan yang sangat nyata antar bahan"bahan
tersebut, dapat dipilih suatu alternatif pemisahan yang ekonomis.
2erdapat banyak ragam teknik pemisahan yang dapat diterapkan dalam suatu
proses, dan dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok besar yaitu#
a) Pemisahan berdasar peristiwa kesetimbangan fasa (e"uilibrium seperation
process). Pemisahan berdasarkan kesetimbangan fasa meliputi# evaporasi,
distilasi, ekstraksi, penyerapan (absorpsi), kristlisasi, penjerapan (adsorpsi),
pengeringan, pencucian, osmosis, fraksinasi, flotasi (pengapungan), pemisahan
magnetik, kromatografi, pengeringan beku, filtrasi gel.
b) Pemisahan yang terjadi sebagai akibat laju (rate governed separation)
Pemisahan yang terjadi sebagai akibat laju meliputi# difusi gas, difusi termal,
spektrometri massa, dialisis, elektroforesis, permeasi gas, elektrodialisis,
ultrasentrifugasi, osmosis balik (reverse osmosis), ultrafiltration, distilasi
molekuler.
c) Pemisahan secara mekanik, meliputi # filtrasi, pengendapan, siklon dan
pengendapan elektrostatis.
ari ketiga kelompok pemisahan, dapat di lihat pada 2abel -"1"1 (halaman 1@0)
an
3ontoh buku pak jumali contoh , hal 1;- , atau hal 1>; process synthesis
5. Pem*$*-a& %era* %em*a-a&
Pemilihan operasi pemisahan sangat diperlukan untuk melakukan
tahapan'urutan pemisahan sehingga diperoleh penyelesaian yang tepat, mengingat
4>
8/16/2019 Materi Ppk
39/40
begitu ragamnya sifat fisika dan kimia pada bahan serta produk dan jenis pemisahan
yang dapat diterapkan. 3ara yang dikembangkan oleh Audd dan 9atson, 1=;4F
ouglas, 1=>> F Seider et al, 1===, adalah teknik heuristik, yang merupakan urutan
pemilihan yang dilakukan bertahap sampai diperoleh penyelesain yang paling baik.
Pokok"pokok dalam tatacara heuristik pemilihan operasi pemisahan adalah
sebagai berikut#
!pabila dalam aliran bahan antara sumber dan tujuan terdapat perbedaan
komposisi, maka pemisahan merupakan tahap awal yang harus dikerjakan
:akukan pengurangan beban pemisahan ( separtion load ) sedapat mungkin,
!pabila memungkinkan, lakukan pengurangan beban pemisahan dengan cara
pemisahan ( splitting! dan pencampuran
alam pemisahan, komponen yang paling berharga dilakukan pemisahan paling
awal
2ahapan yang pemisahan yang tersulit, tempatkn paling akhir dari rangkaian
proses
!pabila dalam proses, digunakan bahan bantu atau bahan asing, lakukan
pemisahan bahan tersebut sesaat selesai dari proses yang bersangkutan
Pada operasi distilasi, usahakan bahan berharga dan yang diperlukan terdapat di
dalam fraksi distilat
8. Pema#!a& ra&'a&(a&
Pekerjaan sistesis merupakan perpaduan antara tahapan reaksi proses dan
tahapan pemisahan. ua tahapan tesebut pada akhir sintesis harus dipadukan menjadi
suatu rangkaian aliran proses yang efisien, dan ekonomis. Dleh karena itu tingkat
efisiensi dan ekonomis proses juga sangat bergantung pada seberapa jauh efisiensi
penggunaan energi.
Selain itu dalam pemaduan proses juga harus dimasukan atau dirancang
operasi"operasi alat bantu yang mungkin terlibat dalam proses, seperti penyiapan
bahan dasar (pemanasan'pendinginan, penghancuran, kompresi dan lain"lain), pada
tahapan proses (alat kontrol'indikator # suhu, tekanan, laju'aliran), serta penanganan
4=
8/16/2019 Materi Ppk
40/40
produk (pemanasan'pendinginan, pemurnian, penggilingan, pembubuhan aditif,
penggumpalan, penepungan dan lain"lain)
Pemaduan rancangan tersebut dibuat suatu diagram alir proses yang
melibatkan diagram peralatan secara lengkap, dalam teknik kimia disebut % #rocess
$ngineering %low Diagram'P/)