Tugas akhir prarancangan pabrik fosgen dari karbon monoksida dan gas klor kapasitas 30. 000 ton/tahun
Yüklə 5,01 Kb. Pdf görüntüsü
|
|
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 D = 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 2 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 A = 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° f total = ∆G° f produk - ∆G° f reaktan = (-206,91) – (-137,37 + 0) = -69,54 Kj/mol = -69540 Kj/Kmol ∆G° f = -R T lnK lnK = - RxT G f o D = 298 314 , 8 69540 x = 28,0678 K = 1,5477 x 10 12 (pada 298K) ln K =- RxT G f o D = 398 314 , 8 69540 x = 21,0156 K = 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 9 6 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 8 1 1 2 3 15 16 2 16 4 7 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 R : 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 C grade C 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 5 Kode T-03 Fungsi Menyimpan produk fosgen selama 1 bulan Tipe Silinder horisontal Material Stainlees steel SA 204 grade C 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 1 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 R 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 ⅞ in 1 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 1 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 1 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 4 0,7010 psi Dirt factor 0,0012 hr ft°F/Btu Luas transfer panas 1103,709 ft 2 Yüklə 5,01 Kb. Dostları ilə paylaş:
|