Tugas akhir prarancangan pabrik fosgen dari karbon monoksida dan gas klor kapasitas 30. 000 ton/tahun



Yüklə 5.01 Kb.
PDF просмотр
səhifə2/11
tarix28.04.2017
ölçüsü5.01 Kb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

 
 NM. Puncak  = C
T
  = Cv + C
A.S 
+ C
C.S 
+ C
D.S 
 
 
 
= Cv + K
1
1/2
 P
A
1/2
 
Cv + K
1
1/2
 K
2
 P
A
1/2
 
P
B
 Cv + 
DD
D
K
Cv
P
.
 
 
 
 
= Cv ( 1 + K
1
1/2
 P
A
1/2
 
+ K
1
1/2
 K
2
 P
A
1/2
 
P
B
  + 
DD
D
K
P
.
) 
P

= 0 
 
 
 Cv 

B
A
A
T
P
P
K
K
P
K
C
2
/
1
2
2
/
1
1
2
/
1
2
/
1
1
1
+
+
 
 
Asumsi 
:   1 >>> K
1
1/2 
P
A
1/2
 + K
1
1/2 
K

P
A
1/2
 P
B
  
 
 
    Cv  =  C
T
 
Sehingga 

-r
A
 
=   
[
]
.
.
.
.
.
2
/
3
2
2
/
1
1
3
B
A
T
P
P
C
K
K
k
  
 
 
Untuk gas P = C  dan  k = k
3.
K
1
1/2
.K
2
.C
T
   
maka pers menjadi : 
-r
A
 
=   
[
]
.
.
2
/
3
B
A
C
C
k
 
=  
k [Cl
2
]
3/2
 [CO]  

 
2.2.3.
 
  Tinjauan Kinetika 
Reaksi : 
Cl
2
 

CO 
→ 
COCl
2
 
Persamaan kecepatan reaksi menurut Leidler adalah : 
-r

=  
k [Cl
2
]
3/2
 [CO]  
persamaan hubungan konstanta dengan suhu adalah sebagai berikut : 
k  = 
RT
e
x
230
,
26
11
10
05
,
1
-
-
 
dengan : 
R  = kcal/mol K 
 
 
T  = K 
(
www.kinetics.nist.gov

 
2.2.4
 
  Tinjauan Termodinamika 
Reaksi : CO + CL
2
                   COCL
2
 
∆H
298
  = ∆H produk - ∆H reaktan 
 
= (-221,06) – (-110,62 + 0) 
 
= -110,44 Kj/mol 
 
= -110440 Kj/Kmol 
Dilihat dari tanda (-) pada ∆H
298
 dapat disimpulkan bahwa reaksinya eksotermis. 
Reaksi dapat berjalan apabila energi Gibbs (∆G) besarnya negatif. 
∆G°

total 
= ∆G°

 produk - ∆G°

 reaktan 
 
 
= (-206,91) – (-137,37 + 0) 
 
 
= -69,54 Kj/mol 
 
 
= -69540 Kj/Kmol 
 
∆G°

= -R T lnK 

 
lnK 
= -
RxT
G
f
o
D
   = 
298
314
,
8
69540
x
   = 28,0678 
 

= 1,5477 x 10
12
 (pada 298K) 
  
ln K 
=-
RxT
G
f
o
D
   = 
398
314
,
8
69540
x
   = 21,0156 
 

= 1,3395 x 10
9
 (pada 398 K) 
Dari hasil perhitungan dapat dilihat bahwa K  > 1, maka dapat disimpulkan bahwa 
reaksi bersifat  irreversible. 
 
2.3.
 
  Diagram Alir Proses 
2.3.1
 
   Diagram alir proses 
( lihat halaman 27 ) 
 
2.3.2
 
   Langkah Proses 
Langkah  proses  pembuatan  fosgen  dari  karbon  monoksida  dan  gas  klor 
dapat dikelompokkan dalam tiga tahap proses, yaitu : 
1. Tahap persiapan bahan baku 
2. Tahap proses utama  
3. Tahap pemurnian produk 
 
1.
 
Tahap persiapan bahan baku 
Gas  klor  di  simpan  dalam  tangki  penyimpan  pada  fase  cair  dengan 
tekanan  35  atm,  suhu  30
o
C  kemudian  dialirkan  melalui  expansion  valve 
sehingga  tekanan  turun  menjadi  1,05  atm  dalam  fase  gas.  Setelah  itu 
dipanaskan dengan HE hingga mencapai suhu 125
o
C. 
Karbon  monoksida  disimpan  pada  tekanan  35  atm,  suhu  30
o
C  dalam 
fase  gas  diekspansi  sampai  tekanan  1,05  atm,  kemudian  dipanaskan  dengan 
HE hingga suhu mencapai 125
 o
C. 
2.  Tahap proses utama 
Bahan  baku  Cl
2
  dan  CO  yang  telah  bertekanan  1,05  atm  dan  suhu 
125
o
C tersebut dimasukkan ke dalam reaktor yang berisi katalis padat karbon 
aktif.  Di  dalam  reaktor  terjadi  proses  reaksi  CO  dan  Cl
2
  menjadi  fosgen 
(COCl
2
). 

Reaktor  yang  digunakan  adalah  reaktor  jenis  fixed  bed  multi  tube 
dengan  kondisi  non  isothermal,  non  adiabatic  dan  bersifat  eksotermis. 
Reaktor  dioperasikan  pada  suhu  125-149,64˚C  dengan  tekanan  1,05  atm. 
Konversi yang diperoleh di dalam reaktor sebesar 99%.  
3.   Tahap pemurnian produk 
a
 
Pemurnian fosgen awal 
Tahap  ini  bertujuan  untuk  memisahkan  fosgen  untuk  mendapatkan 
kemurnian yang lebih tinggi dan hanya disertai impuritas Cl
2

Produk  reaktor  yang  keluar  dinaikkan  tekanannya  sampai  3  atm 
dengan  menggunakan  kompresor  dan  suhu  naik  menjadi  152,58˚C.  Dari 
kompresor  produk  dimasukkan  ke  Condenser  Parsial  (CP)  untuk 
memisahkan  fosgen  dari  hidrogen  dan  karbon  monoksida  yang  merupakan 
gas non condensable dengan cara suhu diturunkan menjadi 39,16
o
C dengan 
menggunakan media pendingin air. Hasil keluaran CP merupakan campuran 
uap-cair  pada  3  atm,  39,16˚C.  Dari  CP,  campuran  uap-cair  tesebut 
dimasukkan ke Separator (SP) untuk memisahkan antara uap dan cair. Uap 
yang terdiri dari H
2
, CO, sedikit Cl
2
 serta sedikit fosgen keluar sebagai hasil 
atas  SP  sedangkan  cairan  yang  terdiri  dari  fosgen  dan  Cl
2
  keluar  sebagai 
hasil bawah SP dengan kemurnian fosgen sebesar 99,3 %. 
b
 
Pemurnian fosgen akhir 
Produk  fosgen  dengan  kemurnian  99,3  %  tersebut  sebelum 
dimasukkan  ke  menara  distilasi  terlebih  dahulu  dinaikkan  tekanannya 
hingga  5  atm  dengan  menggunakan  Pompa  (P-01).  Hasil  keluaran  pompa 
kemudian  dialirkan  ke  Menara  distilasi  (MD).  Di  dalam  MD,  fosgen 
dimurnikan lagi sehingga diperoleh hasil bawah MD berupa fosgen dengan 
kemurnian 99,9% pada 5 atm, 58,56˚C dalam kondisi cair. 
c
 
Tahap penyimpanan produk 
Fosgen  keluar  MD kemudian dialirkan  melalui  Heat Exchanger (HE-
03)  sehingga  diperoleh  suhu  35
o
C  dan  disimpan  dalam  tangki  penyimpan 
produk (TP) dengan kondisi tekanan 4,5 atm dan suhu 35
o
C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.4.
 
   Neraca Massa dan Neraca Panas 
2.4.1.
 
   Neraca Massa 

2.4.1.1. Neraca massa total 
Tabel 2.1. Neraca massa total 
Input (kg/jam) 
Output (kg/jam) 
Komponen 
Arus 1 
Arus 2 
Arus 5 
Arus 7 
Arus 8 
CO 
1084,612 
 
10,846 
 
 
H
2
 
16,517 
2,753 
19,270 
 
 
Cl
2
 
  2750,266 
0,029 
23,686 
3,788 
COCl
2
 
 
 
1,052 
11,386 
3784,091 
Total 
3854,148 
3854,148 
 
 
2.4.1.2. Neraca massa tiap alat 
1.
 
   Reaktor ( R ) 
 
  Tabel 2.2. Neraca massa reaktor 
Komponen 
Input (kg/jam) 
Output (kg/jam) 
CO 
1084,612 
10,846 
H
2
 
19,270 
19,270 
Cl
2
 
2750,266 
27,503 
COCl
2
 

3796,529 
Total 
3854,148 
3854,148 
 
2.   Condensor Parsial (CP) dan Separator (SP) 
    Tabel 2.3. Neraca massa CP dan SP 
Output (kg/jam) 
 
Komponen 
 
Input (kg/jam) 
Uap 
Cair 
CO 
10,846 
10,846 

H
2
 
19,270 
19,270 

Cl
2
 
27,503 
0,029 
27,479 
COCl
2
 
3796,529 
1,052 
3795,477 
31,197 
3822,951 
 
Total 
 
3854,148 
3854,148 
 
 
3.   Menara Distilasi (MD) 
    Tabel 2.4. Neraca massa MD 
Output (kg/jam) 
 
Komponen 
 
Input (kg/jam) 
Uap 
Cair 
CO 



H
2
 



Cl
2
 
27,474 
23,686 
3,788 
COCl
2
 
3795,477 
11,386 
3784,091 
 
 
35,072 
3787,879 

Total 
3822,951 
3822,951 
 
2.4.2.   Neraca Panas Alat 
1.   Reaktor ( R ) 
 
  Tabel 2.5. Neraca panas Reaktor 
Komponen 
Input (kJ/jam) 
Output (kJ/jam) 
CO 
248429,954 
309599,724 
H
2
 
1143619,138 
14251,714 
Cl
2
 
1231907,947 
15368,786 
COCl
2
 

1185062,351 
Panas reaksi 
4235238,893 

Panas pendingin 

5334913,357 
TOTAL 
6859196,932 
6859196,932 
 
 
2.
 
   Condensor Parsial (CP) dan Separator (SP) 
Tabel 2.6. Neraca panas CP 
Komponen 
Input (kJ/jam) 
Output (kJ/jam) 
CO 
2101548,727 
2069624,363 
H
2
 
10461,116 
9182,443 
Cl
2
 
8725,585 
421,020 
COCl
2
 
1213308,409 
61937,003 
Panas pendingin 

1192879,008 
TOTAL 
3334043,837 
3334043,837 
 
 
3.   Menara Distilasi (MD) 
 
  Tabel 2.7. Neraca panas MD 
Output (kJ/jam) 
 
Komponen 
 
Input (kJ/jam) 
Distilat 
Bottom 
Cl
2
 
413,908 
-182,220 
136,900 

COCl
2
 
61675,800 
-95,136 
145551,783 
Panas Kondensor 

323241,345 

Panas Reboiler 
406562,965 


322963,989 
145688,683 
 
TOTAL 
 
468652,673 
468652,673 
 
 
2.5.    Lay Out Pabrik dan Peralatan 
2.5.1.    Lay Out Pabrik 
Lay out pabrik adalah pengaturan dan penyusunan alat proses dan fasilitas 
pabrik  lainnya,  sedemikian  rupa  sehingga  pabrik  dapat  beroperasi  secara  aman, 
efektif dan efisien. 
Tata letak pabrik perlu disusun dengan baik dengan tujuan : 
a.
 
Mempermudah  akses  keluar  masuk  pabrik,  baik  untuk  manusia  maupun 
barang. 
b.
 
Mempermudah pemasangan, pemeliharaan dan perbaikan peralatan. 
c.
 
Membuat  proses  pengolahan  dari  bahan  baku  hingga  menjadi  produk 
berlangsung secara efisien. 
d.
 
Mengantisipasi  dampak  yang  mungkin  timbul  apabila  terjadi  musibah, 
seperti ledakan, kebakaran, dsb. 
e.
 
Mengoptimalkan keuntungan. 
Untuk  mencapai  tujuan  tersebut  di  atas,  maka  hal-hal  yang  perlu 
dipertimbangkan dalam penentuan tata letak pabrik yang baik, antara lain : 
a.
 
Pabrik fosgen akan didirikan di atas tanah yang masih kosong, sehingga 
tata letak pabrik tidak dipengaruhi adanya bangunan lain. 
b.
 
Perlu disediakan areal untuk kemungkinan perluasan. 
c.
 
Area utilitas ditempatkan jauh dari area proses, untuk menjaga agar tidak 
terjadi kontak antara bahan bakar dengan sumber panas. 

d.
 
Fasilitas  karyawan  seperti  tempat  ibadah,  kantin,  klinik  ditempatkan  di 
lokasi yang mudah terjangkau dan tidak mengganggu proses. 
e.
 
Fasilitas bengkel pada lokasi yang strategis. 
 
2.5.2.   Tata Letak Peralatan 
Dalam  menyusun  tata  letak  peralatan  ada  beberapa  hal  yang  harus 
diperhatikan : 
a.
 
Peralatan  yang  sejenis  ditempatkan  secara  berkelompok  untuk 
memudahkan pemeliharaan. 
b.  Alat kontrol diletakkan pada lokasi yang mudah diamati oleh operator. 
c.  Susunan alat dan pemipaan diusahakan tidak mengganggu operator. 
d.  Sistem pemipaan diberi warna sedemikian rupa sehingga mempermudah 
operator untuk mengidentifikasi apabila terjadi masalah. 
e.  Tata letak peralatan harus menyediakan minimal dua arah bagi karyawan 
untuk menyelamatkan diri apabila terjadi ledakan atau kebakaran. 
f.  Peralatan  yang  sekiranya  rawan  terhadap  kebakaran  seperti  tangki 
penyimpan,  dilengkapi  tanggul  untuk  mengisolir  lokasi  apabila  terjadi 
kebakaran. 
g.  Sirkulasi  udara  yang  baik  dan  cahaya  yang  cukup  merupakan  faktor 
penting yang mempengaruhi semangat dan hasil kerja karyawan. 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
     5 
 

 
 

10 
11 
17 
17 
12 
13 
14 

 
 
 
 
 
 
Gambar 2-4. Layout Pabrik  
Keterangan : 
1.
 
Pos keamanan  
7.   Gedung Serbaguna 
13. Safety 
2.
 
Taman  
 
8.   Klinik 
 
 
14. Gudang 
 
3.
 
Musholla 
 
9.   Laboratorium 
 
15. Bengkel 
 
  
4.
 
Kantin  
 
10. Utilitas 
 
 
16. Parkir 
 
5.
 
Ruang kontrol  
11. Proses 
 
 
17. Area perluasan 
 
6.
 
Kantor  
 
12. Pembangkit listrik  
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 




 

 
15 
16 

16 
     4 
 

16 
R
SP
T-01
CP
HE-01
HE-02
A
C
C
CD
MD
T-02
TP
HE-03
Control
Room
RB
T
P
T
P
T
P
T
P

 
Gambar 2-5. Layout Peralatan Proses 
 
Keterangan : 
T-01  : Tangki CO   
 
 
SP 
: Separator 
 
T-02  : Tangki Cl
2
   
 
 
MD 
: Menara Destilasi 
TP 
: Tangki Penyimpan fosgen   
ACC  : Accumulator          

: Reaktor 
 
 
 
CD 
: Condenser 
HE 
: Heat Exchanger 
 
 
RB 
: Reboiler 
CP 
: Condenser Parsial 
 
 
BAB III 
SPESIFIKASI PERALATAN PROSES 
 
3.1
 
Tangki  
Tabel 3.1 Spesifikasi Tangki 
Kode 
T-01 
T-02 
Fungsi 
Menyimpan bahan baku 
Karbon Monoksida selama 
3 hari 
Menyimpan bahan baku 
Klorin selama 30 hari 
Tipe 
Spherical 
Spherical 
Material 
Carbon steel SA 283 
Stainlees steel SA 204 

grade 
grade 
Jumlah 
1 buah 
1 buah 
Kondisi operasi 
-
 
Tekanan (atm) 
-
 
Suhu (°C) 
 
35 
30 
 
35 
30 
Kapasitas (m
3

2594,102 
1435,022 
Dimensi 
-
 
Diameter (m) 
    -     Tebal (in) 
 
17,054 
8,5 
 
14,447 

 
 
 
Kode 
T-03 
Fungsi 
Menyimpan produk fosgen selama 1 
bulan 
Tipe 
Silinder horisontal 
Material 
Stainlees steel SA 204 grade 
Jumlah 
5 buah 
Kondisi operasi 
-
 
Tekanan (atm) 
-
 
Suhu (°C) 
 
4,5 
35 
Kapasitas (m
3

488,532 
Dimensi 
 

-
 
Diameter (m) 
    -     Panjang (m) 
    -     Tebal (in) 
5,784 
17,352 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2
 
Heat Exchanger 
Tabel 3.2 Spesifikasi Heat Exchanger 
Kode 
HE-01 
HE-02 
Fungsi 
Memanaskan CO untuk 
umpan reaktor 
Memanaskan Cl
2
 untuk 
umpan reaktor 
Jumlah 
1 buah 
1 buah 
Jenis 
Double pipe  
Double pipe 
Ukuran HE 
2½ x 1¼ 
2½ x 1¼ 
Kondisi operasi 
Fluida panas : 130,69°C 
Fluida dingin :-139,09-125°C 
Fluida panas :130,69°C 
Fluida dingin
:-33,58-125°C
 
Annulus 
 
 

·
 
Kapasitas(kg/jam) 
·
 
Fluida 
·
 
Pressure drop 
1101,129 
Umpan reaktor 
1,3307 psi 
2753,019 
Umpan reaktor 
0,99  psi 
Inner pipe 
·
 
Kapasitas(kg/jam) 
·
 
Fluida 
·
 
Pressure drop 
 
165,759 
Steam 
0,0137 psi 
 
123,608 
Steam 
0,0077 psi 
Dirt factor 
0,0011 hr ft°F/Btu 
0,0019 hr ft
2
  °F/Btu 
Luas transfer panas 
26,10 ft
2
 
26,10 ft
2
 
Panjang Hairpin 
jumlah  
15 ft 
2 buah 
15 ft 
2 buah 
Kode 
HE-03 (Cooler) 
Fungsi 
Mendinginkan produk MD 
(Fosgen) 
Jumlah 
1 buah 
Jenis 
Double pipe  
Ukuran HE 
2  x 1¼ 
Kondisi operasi 
Fluida panas : 58,56-35 °C 
 Fluida dingin :30-42°C 
Annulus 
·
 
Kapasitas(kg/jam) 
·
 
Fluida 
 
2127,381 
Air 

·
 
Pressure drop 
7,3783 psi 
Inner pipe 
·
 
Kapasitas(kg/jam) 
·
 
Fluida 
·
 
Pressure drop 
 
3787,388 
Produk MD (Fosgen) 
4,4921 psi 
Dirt factor 
0,0036 hr ft°F/Btu 
Luas transfer panas 
65,821 ft
2
 
Panjang Hairpin 
jumlah 
20 ft 
4 buah 
 
 
 
3.3
 
Reaktor 
Tabel 3.3  Spesifikasi Reaktor 
Kode 

Fungsi 
Tempat terjadinya reaksi dari karbon 
monoksida dan klorin menjadi phosgene 
Tipe 
Fixed bed multitube 
Jumlah 
1 buah  
Ukuran HE 
2  x 1¼ 
Kondisi operasi 
·
 
Tekanan 
 
1,05 atm 

·
 
Suhu umpan 
·
 
Suhu Produk 
·
 
Suhu Pendingin masuk 
·
 
Suhu Pendingin keluar 
125°C 
149,64°C 
 30°C 
 
 42°C 
Spesifikasi Tube 
·
 
Jumlah 
·
 
Panjang 
·
 
IDT 
·
 
ODT 
·
 
Susunan 
·
 
Jumlah Pass 
·
 
Material 
 
1632 tube 
4,5 m 
1,33  in 
1,5 in 
Triangular, dengan pitch 1

 in 

High alloy steel SA 167 grade C 
Spesifikasi Shell 
·
 
IDS 
·
 
IDT 
·
 
Tebal 
·
 
Baffle space 
·
 
Jumlah Pass 
·
 
Material 
 
85 in 
0,25  in 
1,5 in 
0,5398 m 

High alloy steel SA 167 grade 3 
Bentuk Head 
Torisperical dished head 
Tebal Head 
0,25 in 
Tinggi Head 
0,426 m 

Tinggi total Reaktor 
5,352 m 
 
3.4
 
Kondenser Parsial 
Tabel 3.4 Spesifikasi Kondenser Parsial 
Kode 
CP-01 
Fungsi 
Mengembunkan sebagian produk reaktor 
Jumlah 
1 buah 
Tipe  
Shell and Tube 
Kondisi operasi 
Fluida panas : 152,58 – 39,16 °C  
fluida dingin : 30 - 42 °C    
Shell side 
Ÿ
 
Kapasitas (kg/jam) 
Ÿ
 
Fluida 
Ÿ
 
ID (in) 
Ÿ
 
Baffle space 
Ÿ
 
Passes 
Ÿ
 
Pressure drop 
 
3824,032 
Produk reaktor 
23,25 
17,438 in 

0,0008 psi 
Tube side 
Ÿ
 
Kapasitas (kg/jam) 
Ÿ
 
Fluida 
Ÿ
 
Panjang 
Ÿ
 
Jumlah  
Ÿ
 
OD 
 
23098 
Air 
16 ft 
352 
0,75 in 

Ÿ
 
BWG 
Ÿ
 
Pitch 
Ÿ
 
Passes 
Ÿ
 
Pressure drop 
16 
1 in 

0,7010 psi 
Dirt factor 
0,0012 hr ft°F/Btu 
Luas transfer panas 
1103,709 ft
2
 
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©azkurs.org 2016
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə