nes KP Kujang IB

Evaluasi Kinerja Evaluasi Kinerja Ammonia Converter Ammonia Converter Feed (Effluent Exchanger) PT. Pupuk Kujang IB (Laporan Kerja Praktek)

Neni Muliawati

LAPORAN KERJA PRAKTEK PT PUPUK KUJANG I B (PERSERO) CIKAMPEK – JAWA BARAT

Process Engineering KIB

Tugas Khusus

Evaluasi Kinerja “Ammonia Converter Feed / Effluent Exchanger ”

Oleh

Neni Muliawati 0415041056

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2008

Judul Kerja Praktek

: Evaluasi Kinerja ’Ammonia Feed / Effluent Exchanger’

Nama Mahasiswa

: Neni Muliawati

Nomor Pokok Mahasiswa : 0415041056 Jurusan

: Teknik Kimia

Fakultas

: Teknik

MENYETUJUI, Pembimbing

Herti Utami , S.T. , M.T. NIP. 132258658

Ketua Jurusan Teknik Kimia

Ir. Azhar, M.T. NIP. 132126862

MENGESAHKAN

Tim Penguji

Ketua

: Herti Utami , S.T. , M.T.

...........................

Penguji Bukan Pembimbing

: Dewi Agustina , S.T. , M.T

............................

Tanggal Lulus Seminar Kerja Praktek

: 10 Maret 2008

SANWACANA

Bismillahirrahmanirrahim.... Puji syukur ke hadirat Khalik , Sang Maha Pengasih Allah SWT karena berkat anugerah dan kasih sayang-Nya penulis dapat melaksanakan serta menyelesaikan laporan kerja praktek ini . Shalawat serta salam teruntuk junjungan besar kita Rasullullah Muhammad SAW atas contoh suri tauladan bagi umat muslim .

Penulis melaksanakan kerja praktek di PT. PUPUK KUJANG IB periode 6 Agustus - 6 September 2007 di Bagian Process Engineer KIB dengan tugas khusus “ Evaluasi Kinerja Ammonia Feed / Effluent Exchanger ”.

Penulis menyadari banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak selama pelaksanaan kerja praktek, pengerjaan laporan kerja praktek dan seminar kerja praktek. Melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ayahanda ‘Nelson’ dan Ibunda ‘Azni’ atas curahan cinta kasih , doa & ridho kedua orang tua yang insyAllah merupakan ridho Allah , nasihat , dukungan material yang kesemuanya tak penat selalu diberikan kepada penulis. 2. Adinda tersayang ‘Nina Fitria’ , ‘Nestri’ dan ‘Naufal Azel Muzakkiy’ atas segala rasa cinta persaudaraan , support , nasihat serta limpahan doa . 3. Bapak Ir. Azhar M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung. 4. Ibu Herti Utami , S.T. , M.T. , selaku dosen pembimbing kerja praktek yang telah memberikan petunjuk dan bimbingan dalam penyusunan laporan ini. 5. Ibu Dewi Agustina , S.T. , M.T , selaku dosen penguji atas segala kritik dan saran dalam perbaikan isi dan penulisan laporan ini. 6. Ibu Meiry Heniarita , S.T , selaku pembimbing lapangan yang telah memberikan bimbingan selama penulis berada di PT. Pupuk Kujang IB .

7. Tim Process Engineer KIB ( Bapak Roni dan Bapak Dadang ) serta seluruh jajaran staf Kujang IB atas informasi dan data-data yang dibutuhkan penulis . 8. Om ‘Chairil’ dan Tante ‘Lutfia’ beserta keluarga atas bantuan selama pengurusan administrasi pendaftaran di P.T Pupuk Kujang , yang juga telah mengizinkan penulis tinggal di kediaman Komplek Perumahan Pupuk Kujang Jl . Kenanga C13 , terutama atas rasa kasih sayang kekeluargaan , nasihat serta contoh teladan yang selalu terukir dihati penulis . 9. Om ‘Surya’ abo inggi yang sangat membantu dengan pemberian komputer dan printer sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan kerja praktek ini . 10. Sahabat sekaligus saudari : ‘Usnul’ atas support dan doa; rekan kerja praktek penulis ‘Anita’ (beserta keluarga) yang mengizinkan penulis tinggal sekitar 1 bulan di kediamannya juga mengizinkan penggunaan komputer serta printer dan ‘Cici’ yang mendampingi penulis selama persiapan dan pelaksanaan seminar “thanks for ours unforgettable memories of Kujang” ; ‘Micun’ , ‘Uly’ , Fajar‘kijang2’ yang membantu selama persiapan seminar kerja praktek ; ‘Indriyani , Icha dan Ade’ yang menjadi teman diskusi Heat Exchanger ; ‘Puji’ yang mengizinkan penulis memakai komputer miliknya ; Nur ‘Nu’ yang meminjamkan printer ; ‘Sheelin’05 yang meminjamkan buku McCabe . 11. Kak Anggi ‘Zie’ 00 yang meminjamkan komputer , membantu membawakan komputer penulis dari rumah Jakarta ,

atas informasi , saran , diskusi

mengenai Kujang dan perhitungan tugas khusus , doa serta dukungan . 12. Kebersamaan teman – teman KIB : Rekan sebimbingan Meta dan Asep (POLBAN) ; Galih dan Joe ( UNTAG ) , Bas dan Fitri ( ITB ) . 13. Teman – teman seperjuangan 2004 yang namanya tercantum di hati , Rekan seluruh angkatan di Jurusan Teknik Kimia atas bantuan , dukungan dan juga kehadiran pada seminar kerja praktek penulis. 14. Segenap pihak yang telah membantu dalam pelaksanaan dan penyusunan laporan Kerja Praktek yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini dapat berguna dan bermanfaat.

Bandar Lampung , Maret 2008 Neni Muliawati

DAFTAR ISI

Halaman DAFTAR ISI ........................................................................................................... i DAFTAR TABEL

.............................................................................................iv

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... v ABSTRAK ........................................................................................................... vi I. PENDAHULUAN ........................................................................................... 1 A. B.

C. D. E.

Sejarah PT. Pupuk Kujang .......................................................................... Deskripsi Proses .......................................................................................... 1. Unit Utilitas ............................................................................................ 2. Unit Produksi Amonia ........................................................................... 3. Unit Produksi Urea ................................................................................ 4. Unit Pengantongan ................................................................................. Pelaksanaan Kerja Praktek ........................................................................... Tujuan kerja Praktek .................................................................................... Ruang Lingkup Kerja Praktek ......................................................................

1 2 2 3 3 4 5 5 5

II. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 6 A. Karakteristik Bahan Baku dan Produk ........................................................... 6 1. Karakteristik Bahan Baku ........................................................................... 6 2. Karakteristik Produk ................................................................................... . 7 B. Pembuatan Amonia ........................................................................................ 9 1. Sejarah Pembuatan Amonia........................................................................ 9 2. Macam-macam Proses Sintesis Amonia..................................................... 9 3. Prinsip Proses Sintesis Amonia .................................................................. 11 4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Amonia................................. 12 C. Pembuatan Urea .............................................................................................. 13 1. Sejarah Pembuatan Urea ............................................................................. 13 2. Macam-Macam Metode Sintesis Urea ....................................................... 14 3. Konsep Proses Sintesis Urea ...................................................................... 14 4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Urea...................................... 15

i

III. BAHAN BAKU ............................................................................................. 16 A. Bahan Baku Utama ......................................................................................... 16 1. Gas Alam .................................................................................................... 16 2. Udara .......................................................................................................... 17 3. Air ............................................................................................................... 17 4. Amonia Cair ............................................................................................... 18 5. Gas Karbondioksida ................................................................................... 18 B. Bahan Baku Penunjang................................................................................... 18 1. aMDea ( Activated Methyldiethanolamine ) ............................................... 19 2. Katalis ......................................................................................................... 19 IV. SISTEM PROSES......................................................................................... 20 A. Unit Produksi Amonia .................................................................................... 20 1. Unit Pemurnian Gas Alam .......................................................................... 20 2. Unit Pembuatan Gas Sintesis ...................................................................... 22 3. Unit Pemurnian Gas Sintesis ...................................................................... 24 4. Unit Sintesis Amonia .................................................................................. 27 5. Unit Purifikasi dan Refrigerasi Amonia ..................................................... 29 6. Unit Ammonia Recovery ............................................................................. 29 7. Unit Hydrogen dan Purge Gas Recovery....................................................30 8. Unit Condensate Stripping..........................................................................30 B. Unit Produksi Urea .......................................................................................... 31 1. Unit Synthesis Loop .................................................................................... 31 2. Unit Purification ......................................................................................... 33 3. Unit Concentration ..................................................................................... 34 4. Unit Prilling ................................................................................................ 35 5. Unit Recovery..............................................................................................36 6. Unit Condensate Treatment........................................................................37 V. UNIT PENUNJANG PRODUKSI ................................................................ 39 A. Unit Pengantongan ......................................................................................... 39 1. Sistem Pengelolaan Urea Curah ............................................................... 39 2. Sistem Pengantongan Urea ....................................................................... 40 3. Sistem Pengelolaan Urea Kantong ........................................................... 40 VI. SISTEM PEMROSES DAN INSTRUMENTASI ...................................... 41 A. Alat-Alat Proses ............................................................................................. 41 1. Alat-Alat Utama Unit Amonia................................................................... 41 2. Alat-Alat Utama Unit Urea ........................................................................ 44 B. Sistem Pengendalian dan Instrumentasi ......................................................... 46 VII. PRODUK ..................................................................................................... 48 A. Produk Utama ................................................................................................. 48 B. Produk Antara dan Produk Samping .............................................................. 49

ii

VIII. UTILITAS .................................................................................................. 51 A. Unit Water Intake ........................................................................................... 51 B. Unit Pengolahan Air ...................................................................................... 52 1. Unit Water Pretreatment ........................................................................... 52 2. Unit Demineralization ............................................................................... 53 C. Unit Pembangkit Steam .................................................................................. 54 D. Unit Pembangkit Listrik ................................................................................. 54 1. Gas Turbine Generator Solar ( G-GI 7001 ) ............................................ 54 2. PLN (Perusahaan Listrik Negara) ............................................................. 54 3. Emergency Generator .............................................................................. 55 4. UPS (Uninterupted Power Supply) ........................................................... 55 5. DC Charger .............................................................................................. 55 E. Unit Pengolahan Air Pendingin (Cooling Water) .......................................... 55 F. Unit Pengolahan Udara Pabrik dan Udara Instrumen .................................... 56 G. Unit Gas Metering System .............................................................................. 56 1. Natural Gas System ................................................................................. 56 2. Nitrogen System ....................................................................................... 56 H. Unit Pengolahan Limbah ( Waste Water Treatment ) .................................... 57 1. Pemisahan Air Berminyak (Oily Water Separator ). ............................... 57 2. Netralisasi Asam-Basa.............................................................................. 58 IX. TATA LETAK DAN LOKASI PABRIK ................................................... 59 A. Tata Letak Pabrik ........................................................................................... 59 B. Lokasi Pabrik ................................................................................................. 60 X. ORGANISASI ................................................................................................ 61 A. B. C. D. E.

Struktur Organisasi ......................................................................................... 61 Struktur Kebutuhan Tenaga Kerja .................................................................. 62 Waktu Kerja.................................................................................................... 62 Sistem Penggajian .......................................................................................... 63 Keselamatan Kerja.......................................................................................... 64

DAFTAR PUSTAKA

LAPORAN TUGAS KHUSUS KERJA PRAKTEK

iii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.1.6 6.1.7 6.1.8 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 6.2.6 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Sifat-sifat Gas Alam .................................................................... Sifat-sifat Air ................................................................................ Sifat-sifat Urea ............................................................................. Sifat-sifat amonia ......................................................................... Komposisi Gas Alam .................................................................. Jenis Katalis….................................................................... ……. Unit Pemurnian Gas Alam ……………………………………... Unit Pembuatan Gas Sintesis…………………………………… Unit Pemurnian Gas Sintesis…………………………………… Unit Sintesis Amonia…………………………………………… Unit Purifikasi dan Refrigerasi Amonia………………………... Unit Ammonia Recovery………………………………………... Unit Hydrogen dan Purge Gas Recovery..................................... Unit Condensate Stripping……………………………………... Unit Synthesis Loop .................................................................... Unit Purification ......................................................................... Unit Concentration ..................................................................... Unit Prilling ................................................................... ………. Unit Recovery............................................................................... Unit Condensate Treatment.......................................................... Kualitas Produk Urea ................................................................. Ukuran Produk Urea...................................................................... Kualitas ammonia cair ................................................................. Kualitas gas CO2 ......................................................................... Kapasitas Produksi Tiap Produk Samping ..................................

iv

6 7 8 8 17 19 41 41 42 42 43 43 43 43 44 44 44 45 45 46 48 48 49 50 50

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1.1 Bagan Overall Process PT Pupuk Kujang IB ...............................

4

8.1 Unit Water Treatment .......................................................................

52

8.2 Nitrogen System................................................................................

57

8.3 Waste Water Treatment...................................................................

58

v

ABSTRAK Oleh Neni Muliawati

Pabrik Pupuk Kujang IB merupakan Badan Usaha Milik Negara (BUMN) yang berlokasi di Desa Dawuan, Kecamatan Cikampek Kabupaten Kerawang , Propinsi Jawa Barat . Pendirian Pabrik Pupuk Kujang IB bertujuan untuk meningkatkan kemampuan PT Pupuk Kujang dalam memasok kebutuhan pupuk di Jawa Barat . Performance test untuk pabrik Kujang IB dilaksanakan pada 17-31 januari 2006 dengan kapasitas 570.000 ton/tahun untuk produksi urea dan 330.000 ton/tahun untuk produksi amonia . Pabrik ini terdiri dari 4 unit utama, yaitu unit ammonia, unit urea, unit utilitas, dan unit pengantongan. Unit amonia menggunakan bahan baku utama berupa gas alam, air, dan udara. Untuk gas alam diperoleh dari 3 sumber yaitu : Offshore Arco, L. Parigi, dan Mundu . Pabrik amonia menggunakan Low Process Energi yang dilisensi oleh Kellog Brown & Root , inc . Produk yang dihasilkan berupa amonia cair dengan kapasitas terpasang 1000 ton per hari. Unit urea menggunakan bahan baku berupa amonia cair dan gas karbondioksida dari unit amonia . Proses yang digunakan adalah ACES 21 , dengan kapasitas terpasang 1725 ton per hari. Produk urea yang dihasilkan memiliki kandungan nitrogen sebesar 46 %. Unit utilitas berfungsi untuk menyediakan bahan baku penunjang untuk kebutuhan proses produksi di seluruh pabrik PT. Pupuk Kujang IB , dan pengolahan limbah pabrik . Sedangkan unit pengantongan berfungsi untuk mengelola butiran urea dari prilling tower hingga dikemas dalam karung plastik dan dipasarkan . Pemasaran urea ditangani sendiri oleh PT. Pupuk Kujang baik untuk kebutuhan dalam negeri maupun untuk kebutuhan ekspor . Tugas Khusus yang dilakukan adalah ”Evaluasi Kinerja Ammonia Converter Feed/Effluent Exchanger (A-121-C) ”. Exchanger ini menyediakan kebutuhan energi untuk menaikkan temperatur umpan ammonia converter . Berdasarkan perhitungan fouling resistance ( Rd ) masih cukup baik yaitu 0,0000586 h m oC / kcal dibawah allowable desain 0,0002 h m oC/ kcal , sedangkan pressure drop total lebih besar 25,03 % dari pressure drop allowable desain , akibat laju alir massa yang terlalu besar . Kata kunci : Pabrik Pupuk Kujang IB , amonia , urea

vi

I. PENDAHULUAN

A. Sejarah PT Pupuk Kujang IB ( KIB )

Pada repelita pertama sekitar tahun 1960-an pemerintah Indonesia mencanangkan pelaksanaan program peningkatan produksi pertanian di dalam usaha swasembada pangan . Demi suksesnya program pemerintah ini maka kebutuhan akan pupuk harus terpenuhi . Mengingat perkiraan produksi pupuk urea dari PT. Pupuk Sriwijaya I (PUSRI I) tidak mencukupi serta menyusul ditemukannya sumber minyak dan gas alam di Cilamaya (pantai utara Jawa Barat) , maka muncul gagasan untuk membangun pabrik urea di Jawa Barat .

Gagasan terealisasi dengan lahirnya PT.Pupuk Kujang pada tanggal 9 Juni 1975 yang merupakan sebuah BUMN di lingkungan Departemen Perindustrian yang mengemban tugas untuk membangun pabrik Pupuk Urea di desa Dawuan, Cikampek, Jawa Barat.Pembangunan pabrik mulai dilakukan bulan Juli 1976 dan berjalan lancar sehingga pada tanggal 7 November 1978 pabrik sudah mulai berproduksi dengan kapasitas 570.000 ton/tahun untuk produksi urea dan 330.000 ton/tahun untuk produksi ammonia.Peresmian Pembukaan pabrik dilaksanakan oleh Presiden Soeharto pada 12 Desember 1978 dan mulai beroperasi secara komersial pada 1 April 1979.

Sesuai dengan program pemerintah dalam mendukung ketahanan pangan nasional dan sesuai dengan rencana jangka panjang perusahaan , PT Pupuk Kujang membangun Pabrik Pupuk Kujang IB ( KIB ).Pendirian pabrik KIB ini bertujuan untuk meningkatkan kemampuan PT Pupuk Kujang dalam memasok kebutuhan pupuk di Jawa Barat ,

2 meningkatkan skala ekonomis usaha perusahaan , dan melipat gandakan efek ekonomi pada daerah disekitar perusahaan .

Pembangunan Pabrik Kujang IB ditangani oleh Kontraktor Utama Toyo Engineering Corporation ( TEC ) Jepang dan Sub Kontraktor dalam negeri yaitu PT . Rekayasa Industri sebagai detail engineering construction dan PT . Inti Persada Teknik ( IKPT ) sebagai engineering construction untuk unit service .

Penandatanganan kontrak dilaksanakan pada 15 Maret 2001 dan konstruksi dimulai pada 1 Oktober 2003 – 6 September 2005 , produksi amonia perdana terjadi pada 17 Oktober 2005 dan produksi urea prill perdana terjadi pada 24 Oktober 2005 .

Performance test untuk pabrik KIB dilaksanakan pada 17 – 31 Januari 2006 dimana kapasitas pabrik sama seperti pabrik yang ada yaitu kapasitas untuk pabrik amonia sebanyak 330.000 ton / tahun dengan menggunakan teknologi Low Process Energy dan pabrik urea menggunakan teknologi ACES 21 dengan kapasitas sebanyak 570.000 ton / tahun .

B.Deskripsi Proses

Secara garis besar, keseluruhan proses yang ada di pabrik Pupuk Kujang IB terbagi menjadi 4 bagian utama, yaitu : Unit Utilitas, Unit Produksi Amonia, Unit Produksi Urea, dan Unit Pengantongan . Pada bagian berikut ini akan dijelaskan penjelasan dari tiap-tiap unit : 1. Unit Utilitas Unit ini mengelola dan menyediakan sarana untuk menunjang unit-unit lain dan berfungsi juga untuk mengawasi,memproduksi untuk kelancaran proses produksi dari suatu pabrik. Unit Utilitas ini terdiri dari 8 unit utama yaitu:

3 a. Unit water intake b. Unit pengolahan air c. Unit pembangkit steam d. Unit pembangkit listrik e. Unit pengolahan air pendingin ( cooling water ) f. Unit pengolahan udara pabrik dan udara instrumen g. Unit gas metering system h. Unit pengolahan limbah ( waste water treatment ) 2. Unit produksi amonia Unit produksi ini berfungsi untuk mengolah gas alam menjadi amonia dan karbondioksida (CO2) yang akan digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan urea . Unit Produksi Amonia ini terdiri dari 8 unit yaitu: a) Unit pemurnian gas alam b) Unit pembuatan gas sintesis c) Unit pemurnian gas sintesis d) Unit sintesis amonia e) Unit purifikasi dan refrigerasi amonia f) Unit ammonia recovery g) Unit hydrogen recovery dan purge gas recovery h) Unit process condensate stripping

3. Unit produksi urea Unit ini berfungsi untuk memproduksi urea dengan cara mereaksikan amonia cair dan CO2 yang berasal dari unit amonia dalam reaktor urea yang akan menghasilkan urea, ammonium karbamat, biuret, air dan excess amonia. Urea tersebut dipisahkan dari produk lainnya dengan cara pemanasan. Dalam unit ini terdiri dari 6 unit utama yaitu : a. Unit Synthesis Loop b. Unit Purification c. Unit Concentration

4 d. Unit Prilling e. Unit Recovery f. Unit Process Condensate Treatment

4. Unit Pengantongan ( Bagging ) Unit ini berfungsi untuk mengemas urea ke dalam karung-karung plastik dengan beberapa ukuran , mendistribusikan pupuk ke konsumen (pasar) dan menyimpan urea yang belum terjual di dalam gudang penyimpanan yang berkapasitas 40.000 ton . Secara umum bagan hubungan antara keempat unit bagian tersebut dapat dilihat pada Gambar 1 dibawah ini

Gambar . 1.1 Overall Process PT Pupuk Kujang IB

5 C. Pelaksanaan Kerja Praktek

Jurusan Teknik Kimia merupakan salah satu jurusan di Fakultas Teknik Universitas Lampung yang menyelenggarakan pendidikan terapan dalam bidang teknik proses dan proses pengubahan bahan baku menjadi produk . Untuk merealisasikan hal tersebut, salah satu pendidikan dan pengajaran yang diterapkan oleh jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung adalah Orientasi Kerja Praktek Lapangan . Kerja praktek ini dilaksanakan selama 1 bulan yaitu mulai tanggal 06 Agustus – 06 September 2007 yang bertempat di PT. Pupuk Kujang IB , Cikampek – Jawa Barat.

D. Tujuan Kerja Praktek Tujuan pelaksanaan kerja praktek di PT. Pupuk Kujang IB , antara lain: 1. Mendapatkan informasi mengenai proses pembuatan amonia dan urea, serta sarana yang mendukung produksi di PT. Pupuk Kujang IB . 2. Mendapatkan informasi mengenai manajemen organisasi dalam suatu pabrik dan penerapannya dalam upaya mengoperasikan suatu sarana produksi . 3. Mengidentifikasi suatu masalah yang terdapat pada perusahaan dengan pelaksanaan tugas khusus .

E. Ruang Lingkup Kerja Praktek

Adapun ruang lingkup pelaksanaan kerja praktek di PT Pupuk Kujang IB antara lain : 1. Pengenalan perusahaan secara umum melalui orientasi umum . 2. Orientasi khusus yang meliputi pengenalan sistem proses dan sistem pemroses. Dalam orientasi khusus penulis ditempatkan di dinas Teknik Proses ( Process Engineering ) KIB . 3. Melaksanakan analisa sistem pemrosesan di salah satu unit sebagai pelaksanaan tugas khusus di unit Amonia KIB dengan judul Evaluasi Kinerja “Ammonia Converter Feed / Effluent Exchanger ( A-121-C ) ”

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Karakteristik Bahan Baku dan Produk

Sifat fisik dan kimia dari senyawa yang akan dijadikan bahan baku dan produk yang akan dihasilkan suatu proses sangat diperlukan. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui perlakuan awal dan kondisi operasi apa saja yang nanti akan dilakukan sehingga didapatkan produk yang diinginkan. 1. Karakteristik Bahan Baku Pembuatan urea di PT Pupuk Kujang menggunakan bahan baku antara lain: gas alam, udara, dan air. a. Gas Alam Komposisi gas alam dipengaruhi oleh letak geografis sumber gas alam tersebut, sedangkan sifat gas alam dipengaruhi oleh komponen yang ada didalamnya. Sifat fisik gas alam dapat dilihat pada Tabel 2.1.Gas alam yang digunakan sebagai bahan baku di PT Pupuk Kujang berasal dari beberapa sumber minyak yang berada di lepas pantai utara Jawa Barat. Tabel 2.1 Sifat-sifat fisik gas alam Komponen

Berat Molekul

Titk Didih Normal (ºF)

Metana Etana Propana i-butana n-butana i-pentana n-pentana n-heksana CO2 H2S N2

16,04 30,07 44,09 58,12 58,12 72,15 72,15 86,17 44,01 34,08 28,02

-258,7 -127,5 -43,7 10,9 31,1 82,1 96,9 155,7 -164,9 -76,5 -320,4

Specific Gravity Cairan (60ºC) 0,248 0,368 0,508 0,563 0,584 0,625 0,631 0,664 0,815 0,790 0,808

Specific Gravity Gas (60ºC) 0,554 1,038 1,552 2,001 2,001 2,491 2,491 2,975 1,519 1,176 0,967

Panas Pembentu kan (Kkal/mol) -17,89 -20,24 -24,82 -32,15 -30,15 -36,92 -35,00 -39,96 -94,05 -4,82

Sumber: Perry, R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 5thed. Singapore.1999

7

b. Udara Kandungan terbesar komposisi udara terdiri dari 79 % N2, 20 % O2 dan sisanya senyawa lain dalam jumlah kecil. Udara memiliki temperatur kritis (Tc) = -140,7 ºC dan tekanan kritis (Pc) = 37,2 atm dan densitas kritis (ρc) = 350 kg/m3 . c. Air Air (H2O) merupakan senyawa polar dan reaktif, oleh karena itu air dapat bereaksi dengan berbagai macam zat yang kepolarannya sama dan dapat menghantarkan listrik dengan baik . Air mempunyai tekanan kritis (Pc) = 218,4 atm, temperatur kritis (Tc) = 374,15º C, dan densitas kritis (ρc) = 323 kg/cm3. Sifat-sifat air lainnya dapat dilihat pada Tabel 2.2 Tabel 2.2 Sifat-sifat fisik air. Sifat Berat molekul Titik Beku (°C) Titik Didih (°C) Densitas (g/mL) Viskositas (cP) Panas pembentukan (kJ/mol) Panas penguapan (kJ/mol) Panas spesifik (J/g°C)

Air 18,05 0 100 0,998 0,8948 285,89 (18°C) 40,65(100°C) 4,179

Sumber: Perry, R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 5thed. Singapore.1999

2. Karakteristik Produk Produk-produk yang dihasilkan oleh PT. Pupuk Kujang adalah Urea sebagai produk utama dan amonia (NH3), karbondioksida (CO2), karbonmonoksida (CO) , gas hidrogen (H2) , gas nitrogen (N2) sebagai produk antara. a. Urea

Urea adalah senyawa berbentuk serbuk putih, tidak berbau atau mengeluarkan bau amonia, dan tidak berasa .Urea mempunyai rumus molekul NH2CONH2 . Di dalam air, urea akan terhidrolisis menjadi amonium

karbamat

(NH2COONH4)

terdekomposisi menjadi NH3 dan CO2 . Sifat-sifat urea dapat dilihat pada Tabel 2.3.

yang

selanjutnya

akan

8

Tabel 2.3. Sifat-sifat fisik urea Karakteristik Titik leleh Indeks refraksi, nD20 Specific gravity, d420 Bentuk kristalin Energi bebas pembentukan (25oC) Panas Pembentukan Panas larutan, dalam air Panas kristalisasi 70% densitas bulk larutan urea

Nilai 132,7 oC 1,484;1,602 1,335 Tetragonal, prisma -42,120 cal/g mol 60 cal/g, endotermik 58 cal/g, endotermik 110 cal/g, eksotermik 0,74 g/cm2 Sumber: Perry, R., “Perry’s

th

Chemical Engineers’ Handbook”, 5 ed. Singapore.1999

Sumber: Perry, R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 5thed. Singapore.1999

b. Amonia Amonia (NH3) merupakan bahan dasar pembuatan pupuk yang berbasis nitrogen, senyawa ini digunakan sebagai penyedia nitrogen yang siap digunakan dibandingkan dengan nitrogen bebas yang merupakan senyawa inert karena lebih mudah dikonversi oleh tanaman. Amonia mempunyai bau yang sangat menyengat. Titik didihnya sangat rendah (-33,35 oC) pada tekanan atmosfer sehingga berwujud gas yang tidak berwarna dan sangat mudah larut dalam air membentuk basa lemah amonium hidroksida (NH4OH). NH3(g) + H2O(l)

NH4OH(l)

(2.1)

Amonia dapat berwujud cair jika berada pada tekanan tingi yaitu sekitar 10 atm. Sifat-sifat ammonia dapat dilihat pada Tabel 2. 4. Tabel 2. 4 Sifat-sifat fisik amonia Karakteristik Berat Molekul Titik Beku (oC) Titik didih (oC) Densitas (g/mL) Viskositas (cP) Panas Pembentukan (kJ/mol)

Nilai 17,03 -77,07 -33,35 0,817 (80 oC) 0,255 (-30 oC) 46,2 (18 oC)

9

Panas Penguapan (kJ/mol) Panas spesifik (J/g oC)

23,3 (-33,3 oC) 2,225

Sumber: Perry, R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 5thed. Singapore.1999

B. Pembuatan Amonia

1. Sejarah Pembuatan Amonia

Pada tahun 1789 seseorang yang bernama C.L. Barthelot menemukan senyawa amonia yang tersusun atas nitrogen dan hidrogen. Hidrogen murni yang digunakan diperoleh dengan elektrolisis air, sedangkan nitrogen diperoleh dengan distilasi udara cair, tetapi cara ini dinilai kurang efektif dan membutuhkan banyak biaya sehingga dilakukan percobaan untuk memperoleh proses lain yang lebih ekonomis sampai akhirnya Fritz Haber (1904-1909) menemukan cara sintesis amonia dengan proses lain yang lebih ekonomis yang dilakukan pada tekanan tinggi dengan penggunaan katalis yang sesuai.

Kemudian pada tahun 1913 Carl Bosch yang memimpin Badishe Anilud Soda Fabric (BASF) bekerjasama dengan Fritz Haber berhasil mengembangkan proses komersial untuk memproduksi amonia dengan mereaksikan gas nitrogen dan gas hidrogen yang diperoleh dari batu bara yang direaksikan dengan steam dan menggunakan katalis besi dengan penambahan Al2O3, MgO, CaO dan K2O sebagai promotor. Sehingga sintesis amonia tersebut dikenal dengan proses Haber-Bosch, dengan persamaan reaksinya adalah: N2 (g) + 3H2(g)

2NH3(g)

(2.2)

2. Macam-macam Proses Sintesis Amonia

Sampai saat ini ada banyak cara untuk sintesis amonia di antaranya adalah sebagai berikut : a. Proses Haber-Bosch s

10

b. Proses Claude c. Proses Casale d. Proses Fauser e. Proses Mont Cenis f. Proses Kellog Proses yang dipakai oleh PT Pupuk Kujang IB untuk memproduksi amonia adalah lisensi dari Kellog Brown & Root (KBR) , Inc menggunakan proses hemat energi. Adapun secara garis besar tahapan prosesnya adalah sebagai berikut : Pada langkah pertama, yang direaksikan adalah pembentukan gas hidrogen, karbonmonoksida dan karbondioksida dari senyawa hidrokarbon (gas alam) dan steam pada primary reformer. Pada primary reformer terdapat 4 buah heater yang masing-masing heater terdiri dari 48 tube katalis. Katalis yang dipakai adalah katalis nikel. Reaksi yang terjadi pada primary reformer ini adalah : CH4(g) + H2O(g)

CO(g) + 3H2(g)

∆H = 49,3 kkal/mol

CO (g) + H2O(g)

CO2(g) + H2(g)

∆H = -9,8 kkal/mol (2.4)

(2.3)

Gas yang keluar diharapkan mempunyai tekanan 36,2 kg/cm2 dan suhu 799 oC kemudian dikirim ke secondary reformer yang berfungsi

sebagai tempat

berlangsungnya reaksi reforming. Reaksi yang terjadi sama dengan reaksi pada primary reformer, tetapi panas yang digunakan diperoleh dari pembakaran langsung dengan udara di dalam reaktor. Gas dan campuran udara steam masuk ke secondary reformer secara terpisah dari bagian atas. Gas dan udara dicampur dalam mixing zone, dimana terjadi reaksi pembakaran sebagai berikut: CH4(g) + O2(g) 2H2(g) + O2(g)

CO2(g) + 2H2O(g0 2H2O(g)

∆H = -191,73 kkal/mol (2.5) ∆H = -57,58 kkal/mol

(2.6)

Reaksi di atas adalah reaksi eksoterm (mengeluarkan panas) sehingga panas pembakaran ini digunakan untuk reaksi reforming di bed katalis. Untuk membentuk urea , diperlukan NH3 dan CO2 sebagai bahan baku . Oleh karena itu, gas CO yang ada perlu diubah menjadi CO2 dalam shift converter yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi CO manjadi CO2. Reaksi yang terjadi pada shift converter adalah sebagai berikut :

11

CO(g) + H2O(g)

CO2(g) + H2(g)

∆H = -9,8 kkal/mol

(2.7)

Unit ini pun berfungsi sebagai tempat untuk mempersiapkan bahan baku sebelum masuk ke ammonia converter, yang berupa gas N2 dan H2 sehingga gas-gas lain yang ada harus dipisahkan dahulu . Gas CO2 yang diperlukan dalam pembuatan urea diambil dengan cara diserap menggunakan larutan penyerap aMDEA yang kemudian dilepaskan kembali sehingga diperoleh gas CO2. Prosesnya adalah gas yang keluar dari konverter dimasukkan ke dalam absorber.Reaksi absorbsi CO2 dengan menggunakan aMDEA adalah sebagai berikut : MDEAH+ + HCO3-

a + MDEA + H2O(l) + CO2(g)

(2.8)

Gas CO2 dalam larutan rich solution akan dipisahkan dengan proses stripping yang beroperasi pada tekanan rendah dan suhu tinggi . Reaksi yang terjadi merupakan kebalikan reaksi absorbsi yaitu : MDEAH+ + HCO3-

a + MDEA + H2O(l) + CO2(g)

(2.9)

Gas CO2 inilah yang digunakan sebagai umpan pada reaktor sintesis urea. Gas yang keluar dari absorber masih mengandung sisa CO dan CO2 yang dapat menyebabkan rusaknya katalis di ammonia converter , oleh karena itu perlu diubah menjadi CH4 yang tidak meracuni katalis dalam metanator. Reaksi yang terjadi dalam metanator merupakan reaksi kebalikan dari primary reformer. CO(g) + 3H2g) CO2(g) + 4H2(g)

CH4(g) + H2O(g) CH4(g) + H2O(g)

∆H = -49,3 kkal/mol

(2.10)

∆H = 639,5 kkal/mol (2.11)

Reaksi yang terjadi pada ammonia converter adalah sebagai berikut : N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

(2.12)

Amonia yang terbentuk itu lalu dipisahkan dan dikondensasikan yang kemudian disimpan dalam bentuk cair .

3. Prinsip Proses Sintesis Amonia

12

Reaksi utama di unit amonia adalah reaksi gas hidrogen dan nitrogen menjadi NH3 yang terjadi pada seksi ammonia converter . Kondisi operasi optimum untuk reaksi tersebut adalah dengan mempertahankan reaksi pada tekanan antara 140150 kg/cm2 dan temperatur antara 430-500 oC . Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : 1/2 N2(g) + 3/2 H2(g)

NH3(g)

∆H 700K = -52,6 kJ/mol K

(2.13)

4. Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Sintesis Amonia

Ada banyak variabel yang mempengaruhi sintesis amonia di dalam ammonia converter di antaranya adalah temperatur, tekanan, laju alir gas sintesis dan kecepatan ruang, perbandingan antara H2 dan N2, jumlah inert, serta katalis. Penjelasan dari masing-masing faktor adalah sebagai berikut : a. Temperatur Sesuai dengan Azas Le Chatelier “Jika suatu sistem berada dalam kesetimbangan,

suatu

kenaikan

temperatur

akan

menyebabkan

kesetimbangan itu bergeser ke arah yang menyerap kalor (reaksi penguraian/reaksi endoterm)”. Dan reaksi sintesis amonia merupakan reaksi eksoterm (reaksi pembentukan) : N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

∆Hr o = -92,22 kJ

(2.14)

Sedangkan reaksi penguraian amonia adalah reaksi endoterm : 2NH3(g)

N2(g) + 3H2(g)

∆Hr o = 92,22 kJ

(2.15)

Perubahan temperatur akan mengakibatkan bergesernya kesetimbangan reaksi.

b. Tekanan Menurut Azas Le Chatelier, kenaikan tekanan menyebabkan reaksi bergeser ke arah mol (koefisien reaksi) yang lebih kecil (ke arah pembentukkan NH3), tetapi jika tekanan berkurang maka kecepatan tumbukan antar molekul reaktan berkurang, sehingga kecepatan reaksi pembentukkan NH3 menurun atau ke arah penguraian NH3 .

13

c. Laju alir gas reaktan Sesuai dengan Azas Le Chatelier, jika komponen reaktan ditambah dan produk terus-menerus diambil/dikurangi maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukkan NH3.

d. Perbandingan reaktan antara hidrogen dan nitrogen Menurut

reaksi

kesetimbangan,

pembentukan

amonia

dalam

memproduksi 1 mol gas NH3 membutuhkan 1/2 mol N2 dan 3/2 mol H2. Perbandingan N2:H2 = 1:3. e. Jumlah gas inert Jika terjadi peningkatan kadar gas inert dalam ammonia coverter yang terutama terdiri dari metana dan argon maka dapat mengakibatkan turunnya produksi pembentukkan amonia. f. Katalis Katalis merupakan zat yang dapat mempercepat reaksi namun tidak ikut bereaksi. Peranan katalis adalah untuk menurunkan energi aktivasi reaksi. Sesuai dengan fasa terjadinya reaksi, maka katalis dibedakan menjadi dua jenis yaitu: katalis homogen dan heterogen. Dalam industri umumnya katalis yang dipakai adalah katalis heterogen karena lebih ekonomis. Katalis heterogen yang paling banyak digunakan adalah dalam bentuk unggun dengan keunggulan lebih mudah pengoperasiannya, mudah dalam regenerasi, dan harganya relatif lebih murah. Katalis yang digunakan untuk sintesis amonia adalah iron.

C. Pembuatan Urea

1. Sejarah Pembuatan Urea

14

Urea ditemukan pertama kali oleh Roelle pada tahun 1773 dalam urine. Pembuatan urea dari amonia dan asam sianida untuk pertama kalinya ditemukan oleh F.Wohler pada tahun 1828 . Namun pada saat ini pembuatan urea pada umumnya menggunakan proses dehidrasi yang ditemukan oleh Bassarow pada tahun 1870. Proses ini mensintesis urea dari pemanasan amonium karbamat. Prinsip pembuatan urea pada umumnya yaitu dengan mereaksikan antara amonia dan karbondioksida pada tekanan dan temperatur tinggi didalam reaktor kontinu untuk membentuk amonium karbamat (reaksi1) selanjutnya amonium karbamat yang terbentuk didehidrasi menjadi urea (reaksi 2). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: Reaksi 1 : 2 NH3(g) + CO2(g)

NH2COONH4(g)

(2.16 )

Reaksi 2 : NH2COONH4(g)

NH2CONH2(g) + H2O(l)

(2.17)

Sintesis urea dilakukan dengan amonia yang berlebih agar kesetimbangan dapat bergeser ke arah kanan sehingga dapat dihasilkan produk yang lebih banyak .

2. Macam-Macam Proses Sintesis Urea

Berdasarkan ammonium karbamat yang tidak terkonversi,proses sintesis urea secara komersial dapat dibagi menjadi beberapa jenis yaitu :

a. Once-through urea process Amonium Karbamat yang tidak terkonversi menjadi urea didekomposisi menjadi gas NH3 dan CO2 dengan cara memanaskan keluaran urea syntesis reaktor pada tekanan rendah . Gas NH3 dan CO2 dipisahkan dari larutan urea dan dimanfaatkan untuk memproduksi garam amonium dengan cara mengabsorbsi NH3 dengan larutan asam nitrat atau asam sulfat sebagai absorben. b. Solution recycle urea process Karbamat yang tidak terkonversi didekomposisi menjadi gas NH3 dan CO2 . Selanjutnya gas amonia dan karbondioksida tersebut diabsorbsi oleh air dan dikembalikan kedalam reaktor dalam bentuk larutan.

15

3. Konsep Proses Sintesis Urea Pada umumnya urea diproduksi dengan mereaksikan amonia dan CO2 pada kondisi operasi optimumnya pada temperatur 185 oC dan tekanan 250 kg/cm2 sesuai dengan reaksi Bassarow sebagai berikut: 2NH3(g) + CO2(g)

NH2COONH4(g)

∆H = -117 kJ/mol

(2.18)

NH2COONH4(g)

NH2CONH2(g) + H2O(l) ∆H = 15,5 kJ/mol

(2.19)

Dari kedua reaksi di atas dapat dilihat bahwa reaksi pertama adalah eksoterm (mengeluarkan panas) dan yang kedua adalah endoterm (memerlukan panas). Panas yang dihasilkan pada reaksi pertama diserap pada reaksi kedua .

4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Urea

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi pembuatan urea yaitu:

a. Temperatur Reaksi sintesis urea berjalan pada temperatur optimal adalah 185 oC dengan waktu pemanasan sekitar 30 menit. Jika temperatur turun akan menyebabkan konversi amonium karbamat menjadi urea akan turun b. Tekanan Untuk menghasilkan urea yang optimal, maka diperlukan tekanan tinggi yaitu 250 kg/cm2 karena konversi amonium karbamat menjadi urea hanya berlangsung pada fasa cair sehingga tekanan harus dipertahankan pada keadaan tinggi. c.

Perbandingan NH3 dan CO2 Industri urea di Indonesia pada umumnya mensintesis urea dengan perbandingan NH3 dan CO2 adalah 3,5-4 mol. Hal ini dikarenakan perbandingan mol dapat mempengaruhi suhu, tekanan operasi dan jumlah amonia yang terbentuk.

d. Jumlah air

16

Jumlah air dalam reaktor dapat berpengaruh terhadap reaksi yang kedua yaitu penguraian amonium karbamat menjadi urea dan air. Jika terdapat air dalam jumlah yang cukup banyak, maka akan memperkecil konversi terbentuknya urea dari larutan karbamat.

III. BAHAN BAKU

A. Bahan Baku Utama

Bahan baku utama yang digunakan pada unit produksi amonia berupa gas alam, udara, dan air.

Sedangkan pada unit produksi urea membutuhkan

amonia cair dan karbon dioksida yang dihasilkan dari unit amonia.

1. Gas Alam Gas alam merupakan campuran dari berbagai senyawa yang berada dalam fase gas dan didapat dari eksploitasi sumber minyak dan gas bumi. Senyawa utama yang terdapat pada gas alam terdiri dari 88-96% methana (CH4) dan sisanya mengandung hidrokarbon berat, gas pengotor dan gas inert .Gas alam diperoleh dari pertamina , dengan sumber yang berasal dari tiga tempat yaitu di lepas pantai utara Jawa Barat (Offshore Arco), Laut Parigi di lepas pantai Cilamaya dan Mundu di Indramayu.

Jumlah gas alam yang diperlukan sebagai bahan baku adalah 36,6 ton/jam. Masuknya gas alam ke dalam pabrik melalui jalur pipa gas alam antara lain Cilamaya – Cilegon, yaitu Citarik yang berjarak 7 km dari pabrik.Gas umumnya masuk pada temperatur 32 °C , tekanan 12 kg/cm2 dan Flow Rate 44,445 Nm3/h .

17

Tabel 3.1 Komposisi masukan gas alam Komposisi

% mol ( rata-rata )

CH4

91,415

C2H6

3,229

C3H8

0,997

C4 +

0,473

CO2

1,638

N2

2,248

Hg

10 ppb ( maksimum )

Sulfur

30 ppm (maksimum )

Sumber : PT Pupuk Kujang IB

2. Udara

Udara merupakan sumber dari gas N2 yang digunakan pada proses sintesa amonia. Kebutuhan udara untuk memproduksi 1 ton pupuk urea adalah sebesar 473,04 Nm3/h . Penggunaan udara didalam pabrik dibagi menjadi dua yaitu sebagai instrument air dan plant air

3. Air

Air merupakan bahan baku steam yang digunakan pada proses steam reforming. Air baku disuplai dari waduk Curug, Parung Kadali dan Hilir Bendungan Jatiluhur, dengan menggunakan stasiun pompa air.Untuk mengatasi kekurangan air, maka dibangun delapan kolam penampung emergency yang terletak di kawasan sekitar pabrik, yang mampu menampung air cadangan untuk operasi selama 10-14 hari. Air yang digunakan untuk proses dibedakan menjadi dua, yaitu: air umpan ketel dan air pendingin.

18

4. Amonia Cair

Amonia cair yang digunakan pada unit produksi urea berasal dari unit produksi amonia .Kebutuhan konsumsi amonia yaitu 0,568 ton/ton urea. Umumnya karakteristik amonia cair yang dikonsumsi yaitu :

a. Kadar ammonia

: 99,5% berat minimum

b. Kadar air

: 0,5% berat minimum

c. Minyak

: 5 ppm (b/b) maksimum

d. Tekanan

: 18 kg/cm2 G

e. Temperatur

: 25-30 °C

f. Jumlah normal

: 40,983 kg/jam

g. Jumlah rancang

: 49,18 kg/jam

5. Gas Karbondioksida

Gas CO2 yang diperlukan untuk pembuatan urea diproduksi oleh pabrik amonia.Adapun karakteristik CO2 antara lain : a. Kadar CO2

: 98,5% volume minimum

b. Kadar air

: jenuh

c. Kadar sulfur

: 1 ppm (b/b) maksimum

d. Tekanan

: 0,6 kg/cm2

e. Temperatur

: 38 °C

f. Jumlah normal

: 27,4 kg/jam

g. Jumlah rancang

: 32,94 kg/jam

B. Bahan Baku Penunjang

Bahan penunjang yang dibutuhkan oleh PT Pupuk Kujang antara lain: asam sulfat, soda kaustik, klorin, resin amberjet , antifoam amerel, fosfat. Semua bahan ini adalah bahan kimia tambahan untuk pembuatan air proses, air umpan ketel dan kebutuhan penunjang lainnya . Selain itu juga dibutuhkan:

19

1 . aMDea ( Activated Methyldiethanolamine )

Larutan aMDea berfungsi untuk memisahkan CO2 dari campuran gas sintesis . aMDea tersusun oleh 3 komponen yaitu : •

MDEA ( Methyl Diethanolamine ) berfungsi untuk menyerap CO2 dengan laju reaksi yang kecil .

•

Activator berfungsi meningkatkan laju reaksi penyerapan CO2 .

•

Air berfungsi sebagai pelarut dan juga sebagai reaktan .

Reaksi absorbsi CO2 dengan menggunakan aMDEA adalah sebagai berikut : MDEAH++HCO3-

a + MDEA + H2O + CO2

( 3.1 )

2 . Katalis

Katalis yang digunakan oleh PT Pupuk Kujang pada unit produksi amonia dapat dilihat dalam Tabel 3.2 . Tabel 3.2 Jenis katalis yang digunakan pada unit amonia Kisaran Volum ( m3 )

Unit Pemroses

Katalis

Mercury Guard Chamber

Actived Carbon

14,4

Umur katalis yang diharapkan ( Tahun ) 5

Hydrogenation

Co-Mo

10,2

5

Desulfurization

Zinc Oxide

30,0

1

Ni

18,2

>5

Secondary Reforming

Ni / Al

25,8

>5

High Temperature Shift

Cu / Fe

49

>5

Low Temperature Shift

CuZn&Alumina

59,1

3-4

Ni

19,8

8 - 10

Iron/prereduced

59,6

8 - 10

Molecular Sieve

Zeolite

5,5

3-5

Regeneration Dryer

Zeolite

0,96

3-5

Primary Reforming

Methanator Ammonia Synthesis

Sumber: PT.Pupuk Kujang IB

IV. SISTEM PROSES

Dalam membuat urea , ada 2 unit produksi yang saling berhubungan , yaitu unit produksi amonia dan urea , sementara yang lainnya adalah unit utilitas yang bertugas mendukung proses dengan menyediakan energi dan kondisi pendukung lainnya .

A. Unit Produksi Amonia

Unit produksi amonia merupakan tempat berlangsungnya pembuatan amonia . Unit ini juga menghasilkan karbondioksida dan hidrogen. Kapasitas produksi desain sebesar 1000 ton amonia/hari . Pabrik amonia menggunakan proses hemat energi yang dilisensi oleh Kellog Brown & Root , Inc . Unit ini dibagi menjadi delapan unit, yaitu:

1. Unit Pemurnian Gas Alam Gas alam yang dipakai oleh PT. Pupuk Kujang berasal dari tiga sumber yaitu dari Arco, L.Parigi di lepas pantai Cilamaya dan Mundu di Indramayu. Sebelum digunakan di unit pembuatan gas sintesa maka gas alam terlebih dahulu dimurnikan dalam tiga tahap, yaitu: a. Pemisahan debu dan fraksi berat Gas alam diumpankan ke pabrik amonia dengan tekanan 12 kg/cm2 , Temperatur 32○C dan laju alir 36,6 ton/jam.Gas alam ini akan masuk ke knock out drum (A144-F) dengan tujuan agar debu, partikel-partikel halus, tetes-tetes cairan seperti hidrokarbon dan air yang terkandung dalam gas alam dapat terpisah . Gas alam akan menumbuk dinding drum , kemudian fraksi-fraksi berat jatuh kebawah secara otomatis dan dikirim ke burning pit untuk dibakar. Umpan gas kemudian

21 mengalir masuk ke mercury guard chamber

(A-102-D) untuk dihilangkan

kandungan merkurinya.

b. Penghilangan Mercury Merkury yang terdapat dalam gas alam harus dihilangkan karena dapat meracuni katalis. Di dalam A-102-D terjadi proses dimana merkuri diserap oleh karbon aktif yang selanjutnya bereaksi dengan sulfur.Kondisi operasi yaitu 10,9 kg/cm2 dan 32oC.Reaksi yang terjadi di dalam mercury guard chamber (A-102-D) yaitu: Hg(s) + S(s)

HgS(s)

(4.1)

Tekanan gas alam dari mercury guard chamber belum cukup tinggi untuk mengalirkan gas ke alat-alat berikutnya sehingga harus dinaikkan dari 10,9 kg/cm2 menjadi 44,7 kg/cm2 dalam feed gas compressor (A-102-J) dengan bantuan turbin steam yang digerakkan oleh medium pressure steam .Sebagian gas alam yang keluar dari kompresor dialirkan ke feed gas compressor kick back cooler (A-133-C) untuk

didinginkan lalu dimasukkan ke A-144-F dan

dikembalikan lagi ke kompresor. Hal tersebut dilakukan untuk mencegah kekurangan gas di kompressor yang dapat menyebabkan rusaknya kompressor karena kekurangan beban. Gas yang keluar selanjutnya dipanaskan di bagian konveksi primary reformer .

c. Penghilangan sulfur ( Desulfurisasi ) Proses desulfurisasi dilakukan dalam dua tahapan.Pertama di hydrotreater ( A108-D ) , dimana senyawa sulfur dihidrogenasi menjadi hidrogen sulfida pada bed katalis Cobalt/Molybdenum (CoMo) sebanyak 10,2 m3. Reaksi yang terjadi di hydrotreater adalah: RSH(g) + H2(g)

RH(g) + H2S(g)

(4.2)

COS(g) + H2(g)

CO(g) + H2S(g)

(4.3)

Pada tahap kedua , gas keluaran hydrotreater kemudian dimasukkan ke dalam desulfurizer ( A- 108 DA,DB ) yang berisi katalis ZnO masing-masing sebanyak 30 m3 untuk penghilangan hidrogen sulfida .

22 Reaksi yang terjadi adalah : H2S(g) + ZnO(s)

ZnS(s) + H2O(g)

(4.4)

Kondisi operasi adalah sekitar 360-371 oC dan tekanan 44 kg/cm2.Katalis zync mengikat sulfur dalam bed , sehingga kandungan sulfur berkurang dari 30 ppmv menjadi 0,1 ppmv . Hal ini akan mencegah keracunan katalis pada saat reforming dan low temperature shift converter .

2.Unit Pembuatan Gas Sintesis Unit ini bertugas membuat gas sintesa, yaitu H2 dan N2 dengan perbandingan mol 3:1 sebagai umpan ammonia converter . Mula-mula gas alam akan mengalami proses reformasi menjadi CO, CO2, dan H2 di kemudian gas CO dikonversi menjadi CO2 di shift converter . a. Primary Reformer Reaksi yang terjadi di primary reformer (A-101-B) adalah reaksi pembentukan hidrogen dari senyawa hidrokarbon dan steam. Gas alam yang keluar dari desulfurizer dicampur dengan steam dan dipanaskan di bagian konveksi primary reformer. Gas alam yang masuk ke primary reformer diatur supaya perbandingan mol S : C = 3,2 : 1, karena jika steam kurang akan terjadi reaksi samping sebagai berikut: CH4(g)

C(s) + 2H2(g)

∆H = +31,2 kkal/mol

(4.5)

2CO(g)

C(s) + CO2(g)

∆H = -23 kkal/mol

(4.6)

Gas kemudian dimasukkan dalam tube-tube katalis di unit radiant. Reaksi yang terjadi sebagai berikut: CH4(g) + H2O(g) CO(g) + H2O(g)

CO(g) + 3H2(g) CO2(g) + H2(g)

∆H = 49,3 kkal/mol

(4.7)

∆H = -9,8 kkal/mol

(4.8)

Reaksi keseluruhan adalah endotermis. Panas yang dibutuhkan disediakan oleh panas pembakaran gas alam di luar tube. Reaksi pembakaran dapat dituliskan sebagai berikut: CH4(g) + 2O2(g) 2H2(g) + O2(g)

CO2(g) + H2O(g) 2H2O(g)

∆H = -191,7 kkal/mol

(4.9 )

∆H = -57,58 kkal/mol

(4.10)

23 Gas yang bereaksi dalam tube akan mengalami peningkatan suhu dari 510oC menjadi 799oC dengan tekanan di keluaran tube katalis adalah 36,2 kg/cm2. Gas akan keluar melalui bagian bawah tube dan disatukan dalam sebuah pipa besar untuk masing-masing baris yang disebut riser. Dari riser, gas dikirim ke secondary reformer (A-103-D) melalui suatu pipa besar yang disebut primary reformer effluent transfer line . Untuk melindungi transfer line dipasang jaket water sebagai pendingin . Keluaran dari primary reformer mengandung sekitar 66 % hidrogen dan 13,4 % volum metana . Gas hasil pembakaran yang suhunya semakin tinggi dihisap oleh induced draft fan melalui unit konveksi untuk dimanfaatkan panasnya . Dari unit konveksi, fuel gas dibuang ke udara melalui suatu cerobong reformer stack (A-101-B1).

b. Secondary Reformer Tugas secondary reformer adalah untuk melanjutkan reaksi reforming. Reaksi yang terjadi sama dengan reaksi yang terjadi di primary reformer, tetapi panas yang diperlukan diperoleh dari pembakaran langsung dengan udara di dalam reaktor . Gas dan campuran udara masuk ke secondary reformer secara terpisah dari bagian atas yang disebut mixing zone atau combustion zone dan bagian bawah disebut reaction zone. Gas dan udara dicampur dalam mixing zone, dengan reaksi pembakaran yang terjadi sebagai berikut: CH4(g) + 2O2(g) H2(g) + O2(g)

CO2(g) + H2O(g) 2H2O(g)

∆H = 191,7 kkal/mol

(4.11)

∆H =

(4.12)

57,8 kkal/mol

Jumlah udara yang masuk diatur berdasarkan kebutuhan nitrogen untuk sintesis amonia ,sehingga gas H2 dan N2 yang keluar mempunyai perbandingan mol yang sesuai sebagai umpan amonia converter yaitu 3:1.Panas pembakaran ini digunakan untuk reaksi reforming di bed katalis nikel . Kadar CH4 dalam gas keluaran secondary reformer berkurang hingga 0,42 % volum , dengan suhu keluaran sekitar 990 oC . Keluaran dari secondary reformer akan mengalir ke secondary reformer waste heat boiler ( A-101-C ) dimana akan terjadi sirkulasi untuk menghasilkan high

24 pressure steam . Kemudian gas tersebut mengalir ke HP steam superheater (A102-C ).Hal ini dilakukan untuk mempertahankan suhu sebesar 371oC sebagai umpan di HTS converter ( A-104-D1 ) . c.

Proses konversi menjadi CO2 ( Shift Converter A-104-D1 , D2 ) Untuk memproduksi urea, dibutuhkan bahan baku amonia dan karbon dioksida, karena itu gas CO yang ada perlu dikonversi menjadi CO2 . Konversi CO menjadi CO2 terjadi di shift converter 104-D. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: CO(g) + H2O(g)

CO2(g) + H2(g)

∆H = -9,8 kkal/mol

(4.13)

reaksi ini eksotermis, sehingga konversi ke kanan yang mengkonversi gas CO menjadi CO2 bertambah konversinya apabila temperatur diturunkan. Sebaliknya jika temperatur dinaikkan konversi akan berkurang, oleh sebab itu shift converter terdiri dari dua bagian, yaitu high temperature shift converter ( A-104-D1) dan low temperature shift converter ( A-104-D2 ) . high temperature shift converter (HTS) berfungsi untuk meningkatkan laju reaksi dengan menggunakan katalis Fe-Cu .Gas keluar pada suhu 434oC dengan kandungan CO sekitar 3,4 % volum . Sebelum masuk ke LTS gas proses akan didinginkan hingga 209oC di HTS effluent steam generator (A-103-C1,C2) . Low temperature shift converter (LTS) berfungsi untuk meningkatkan konversi reaksi pembentukan CO2 dengan katalis Cu/Zn . Gas akan keluar dari LTS pada suhu 231oC dengan kandungan CO sekitar 0,3 % kemudian dikirim ke unit pemurnian gas sintesis.

3.Unit Pemurnian Gas Sintesis Unit ini bertugas menyiapkan bahan baku ammonia converter , yang berupa gas N2 dan H2. Karena itu gas–gas yang lain harus dipisahkan terlebih dahulu. Gas CO2 dibutuhkan sebagai bahan baku pembuatan urea, sehingga gas ini diambil dengan cara diserap dengan larutan penyerap di dalam CO2 absorber, kemudian di stripping untuk memperoleh gas CO2 yang siap untuk diumpankan ke dalam reaktor sintesis urea di dalam CO2 stripper. Keberadaan CO dan CO2 di ammonia converter dapat merusak katalis, oleh sebab itu CO dan CO2 sisa harus diubah

25 kembali menjadi CH4 sebagai inert agar tidak merusak katalis. Proses perubahan CO dan CO2 menjadi CH4 disebut proses methanasi, proses metanasi terjadi di unit methanator.

a. CO2 Absorber (A-101- E) dan CO2 Stripper (A-102-E) Gas yang keluar dari LTS dimasukkan melalui CO2 absorber ( A-101-E ) dengan menggunakan sparger dibagian menara . Kondisi absorbsi adalah 47oC hingga 80oC dan tekanan sekitar 32,2 kg/cm2 .

Sistem pengambilan CO2

menggunakan aMDea ( activated methyldiethanolamine ) dengan konsentrasi 40 % berat, sistem ini dirancang untuk mengurangi kandungan CO2 dalam gas dari sekitar 18% volum hingga 600 ppmv . Gas yang keluar dari bagian atas absorber masuk ke CO2 absorber overhead KO drum ( A-102-F2 ) untuk memisahkan cairan yang terbawa . Kelebihan gas sintesis dari A-102-F2 dikirim ke fuel gas preheater ( A-101-BCFU ). Pada absorbsi CO2, mula-mula gas CO2 bereaksi dengan H2O . Reaksi absorbsi CO2 dengan menggunakan aMDEA adalah sebagai berikut : a + MDEA + H2O(l) + CO2(g)

MDEAH+ + HCO3-

( 4.14 )

Rich solution dari absorber bagian bawah dialirkan melalui hydraulic turbine (A107-JAHT ) kemudian larutan tersebut masuk ke stripper ( A-102-E ) untuk melepaskan CO2 yang terkandung didalamnya . CO2 stripper dirancang menjadi tiga bagian , yaitu : contact cooler section pada bagian atas , low pressure flash section pada bagian tengah dan stripper section di bagian bawah . Rich solution dari hydraulic turbine masuk ke LP flash section dimana akan terjadi flashing CO2 akibat adanya penurunan tekanan . Semi lean solution pump ( A-108-J ) kemudian akan memompa larutan tersebut dari bawah LP flash section melalui lean/semi lean solution exchanger ( A-112-C ) ke bagian atas stripper section . Exchanger berfungsi untuk me-recover panas dari lean solution yang meninggalkan stripper section .

Larutan yang meninggalkan

stripper section kemudian akan dipanaskan hingga 124oC di CO2 stripper

26 reboiler ( A-105-C ) dan dengan uap bertekanan rendah di CO2 stripper steam reboiler ( A-111-C ) . CO2 dan steam dari LP flash section didinginkan menjadi 38oC di contact cooler section . Pendinginan ini disempurnakan dengan dikontakkan dengan condensed water yang dialirkan melalui CO2 stripper quench cooler ( A-107-C ) oleh CO2 stripper quench pump ( A-116-J/JA ) . CO2 yang diperoleh memiliki kemurnian minimal 99 % volum dan kemudian dikirim ke pabrik urea . Reaksi yang terjadi adalah kebalikan dari absorbsi CO2 yaitu : MDEAH+ + HCO3-

a + MDEA + H2O(l) + CO2(g)

( 4.15 )

Lean solution dari A-102-E didinginkan di A-112-C . Larutan kemudian didinginkan oleh air pendingin dalam lean solution cooler ( A-110-C ) dan di lean solution BFW exchanger ( A-109-C ) . Setelah pendinginan lean solution dikirim ke bagian atas absorber oleh lean solution pump ( A-107-JA , JB , JC ) . Senyawa antifoam disediakan oleh antifoam injection unit ( A-109-L ) yang diinjeksikan ke A-107-J dan rich solution inlet A-102-E sebanyak 60 ml / 8 jam shift kerja .

b. Pembentukan metana ( Methanator) Gas keluaran metanator dibatasi kadar CO dan CO2 maksimum 5 ppmv . Reaksi yang terjadi adalah kebalikan dari shift converter dan reforming , reaksi dapat dituliskan sebagai berikut: CO(g) + 3H2(g)

CH4(g) + H2O(g)

( 4.16 )

CO2(g) + 4H2(g)

CH4(g) + 2H2O(g)

( 4.17 )

Gas proses dari CO2 absorber overhead knock out drum (A-102-F2) dengan suhu 47oC akan dipanaskan di methanator feed/effluent exchanger (A-114-C) hingga temperatur 310oC dan di methanator preheater (A-172-C1) hingga 316oC. Untuk aliran bypass dipasang methanator effluent cooler (A-115-C1,C2) sebagai kontrol temperatur . Gas kemudian melewati methanator (A-106-D) yang berisi katalis nikel sebanyak 19,8 m3 , reaksi akan berlangsung eksotermis dengan kondisi temperatur operasi reaktor 316-345 oC . Keluaran metanator akan

27 didinginkan di A-114-C hingga 82 oC dan dengan air pendingin di A-115C1,C2 hingga 38oC . Air yang terkondensasi dipisahkan di syn gas compressor suction drum (A-104-F) kemudian sejumlah kecil gas sintesis akan direcycle ke feed gas compressor (A-102-J) sebagai penyedia hidrogen untuk desulfurisasi .

4. Unit Sintesa Amonia Make up gas sintesis dari A-104-F memiliki tekanan 30,5 kg/cm2 dan suhu 345oC. Tekanan ini belum cukup tinggi untuk reaksi di ammonia converter, sehingga gas umpan ammonia converter dinaikkan terlebih dahulu menjadi 360-500oC dan tekanan 144,6 kg/cm2 dalam synthesis compressor (A-103-J) , yang terbagi menjadi low pressure (LP) case dan high pressure (HP) case compressor . Gas sintesis keluar LP case compressor didinginkan dahulu dalam synthesis gas compressor intercooler ( A-116-C ) hingga 38oC, serta synthesis gas compressor interstage chiller ( A-129-C ) hingga 4,3

o

C . Kondensat yang terbentuk dipisahkan dalam

synthesis gas compressor first stage separator ( A-105-F ),kemudian kondensat dikirim ke synthesis gas compressor suction drum ( A-104-F ) . Gas sintesis dari A105-F akan mengalir ke sistem pengeringan . Kemudian gas kering dari separator dikompresi ke HP case compressor bersama-sama dengan recycle gas dari ammonia separator ( A-106-F), dan keluar dari kompresor tekanannya sekitar 144,6 kg/cm2 dan suhu 55oC . Pada HP case compressor dipasang synthesis gas compressor kickback cooler (A-134-C) untuk menyediakan kemampuan turndown dan mencegah terjadinya surging . Sistem pengeringan oleh molecular sieve digunakan untuk menghilangkan air dan sejumlah CO2 sehingga mencegah keracunan katalis pada converter . Pada sistem ini terdapat 3 macam dryer yaitu : molecular sieve dryer ( A-109-DA,DB ) untuk mengurangi kandungan uap air pada gas dari A-105-F hingga kurang dari 0,5 ppmv dan CO2 di bawah 1 ppmv , molecular sieve regeneration gas dryer ( A-111-D ) untuk mengurangi kandungan uap air hydrogen-lean off gas dari hydrogen recovery unit yang berguna sebagai regenerasi dryer dan molecular sieve regeneration heater

28 (A-173-C) untuk memanasi gas regenerasi dengan high pressure steam hingga 288oC . Amonia disintesis dari reaksi antara hidrogen dan nitrogen sebagai berikut : N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

( 4.18 )

Reaksi ini eksotermis dan dibatasi kesetimbangan kimia , terjadi di bed katalis iron ammonia synthesis converter ( A-105-D ) pada tekanan sekitar 141 kg/cm2 dan 360-500oC . Kandungan amonia di dalam gas keluaran reaktor dirancang sebesar 16,3 % volum . Sebelum mengalir ke A-105-D gas sintesis dan gas recycle dari A103-J dipanaskan dahulu di ammonia converter feed / effluent exchanger (A-121-C) hingga 238 oC . Ammonia

converter

menggunakan

desain

KBR’s

dengan

dua

bed

horizontal.Converter memiliki removable basket yang berisi kompartemen katalis dan built-in heat exchanger . Pola aliran gas di converter disusun sedemikian rupa agar semua gas sintesis melalui semua katalis sehingga menghasilkan konversi overall maksimum . Umpan converter mengalir melalui anulus di dalam bagian luar shell converter yang menyebabkan shell relatif dingin . Gas kemudian mengalir melalui bagian shell ammonia converter interchanger (A-122-C) untuk memanaskan umpan ke bed katalis pertama berlawanan arah dengan keluaran dari bed itu . Keluaran gas kemudian mengalir melewati bed katalis pertama , melewati tube A-122-C dan melewati bed katalis kedua yang terdiri dari dua kompartemen untuk mencapai gas velocity yang sesuai . Aliran yang melalui tiap-tiap bed katalis ini yaitu secara downward . Bypass di ammonia converter feed/effluent exchanger (A-121-C) menyediakan pengurangan temperatur untuk umpan converter , sedangkan bypass ammonia converter effluent steam generator (A-123-C) untuk meningkatkan temperatur umpan converter . Secara bersamaan ketiga bypass dari A-121-C , A-122-C dan A123-C menyediakan kontrol temperatur masukan pada tiap bed katalis untuk menghasilkan produksi maksimum amonia .

29 5. Unit Purifikasi dan Refrigerasi Amonia Effluent dari synthesis converter akan didinginkan di A-123-C hingga temperatur 261oC , di A-121-C hingga 72oC kemudian amonia ini mulai terkondensasi di ammonia converter effluent cooler (A-124-C) hingga temperatur 38oC. Pendinginan dan kondensasi amonia terakhir terjadi di ammonia unitized chiller (A-120-C) . Heat exchanger ini dirancang khusus disediakan untuk mendinginkan converter effluent dengan pendinginan amonia pada empat level suhu dan tekanan di refrigerant flash drums yaitu : A-120-CF4 ( 16,6 oC dan tekanan 6,8 kg/cm2 ) , A120-CF3 (-2,2 oC dan tekanan 3 kg/cm2 ) , A-120-CF2 (-17,8 oC dan tekanan 1,1 kg/cm2 ) , dan A-120-CF1 (-33,3 oC dan tekanan 0 kg/cm2 ) . Amonia yang terkondensasi dipisahkan dari gas recycle di ammonia separator (A-106-F) . Gas recycle ini akan menjadi cold fluid pada exchanger yang mengalami pemanasan kembali di A-120-C dan kemudian dikirimkan ke A-103-J . Sedangkan amonia cair dari A-106-F mengalami flashing di ammonia letdown drum (A-107-F) . Uap yang ter-flashing , yang masih banyak mengandung gas sintesis terlarut dikirimkan ke unit ammonia recovery .

6. Unit Ammonia Recovery

Purged gas bertekanan tinggi dari synthesis loop dikirim ke HP ammonia scrubber (A-104-E) sedangkan uap dari A-107-F dan A-109-F dikirim ke LP ammonia scrubber ( A-103-E) untuk menyerap amonia . Kemudian amonia akan di recovery di ammonia stripper ( A-105-E ) . Overhead gas dari HP scrubber dikirim ke hydrogen recovery unit sedangkan overhead gas dari LP scrubber dikirim ke fuel gas .

30 7. Unit Hydrogen dan Purge Gas Recovery

Gas dari bagian atas HP ammonia scrubber dengan kandungan amonia dalam gas sekitar 20 ppmv dikirim ke hydrogen recovery unit A-103-L . Hidrogen dan sebagian kecil nitrogen dilewatkan melalui membran dan di-recycle ke synthesis loop . Disini akan dihasilkan dua stream gas recovery yaitu stream bertekanan tinggi yang dialirkan ke second stage syngas compressor dan stream bertekanan rendah yang dialirkan ke first stage syngas compressor.Gas yang tidak dapat melewati membran ( reject gas ) seperti metana dan argon purging dari amonia synthesis loop dan nitrogen akan dikeringkan di A-111-D lalu digunakan untuk regenerasi dari pengering gas sintesis kemudian gas akan dikirim ke fuel gas system.

8. Unit Process Condensate Stripping

Kondensat proses ( process condensate ) dari raw gas separator ( A-121-J ) dipompa

oleh process condensate pump (A-121-J,JA) ke process condensate

stripper ( A-150-E ) . Kondensat akan distripping dengan medium pressure steam . Stripping tersebut akan menghilangkan kotoran-kotoran yang ada dalam kondensat , Sebagai berikut : •

Amonia dari sekitar 1500 ppmv menjadi di bawah 10 ppmv .

•

CO2 dari sekitar 4000 ppmv menjadi kurang dari 10 ppmv .

•

Metanol dari sekitar 1900 ppmv menjadi kurang dari 20 ppmv .

Stripper dilengkapi dengan condensate stripper feed/effluent exchanger (A-188C1,C2,C3 ) . Lebih lanjut kondensat yang sudah distripping didinginkan di stripper condensate cooler (A-174-C) hingga temperatur 41oC . Kondesat dingin kemudian dikirim ke boiler feed water preparation . Steam yang meninggalkan stripper digunakan sebagai steam proses di primary reformer . Hal ini mengeliminasi sumber dari polusi udara dari unit amonia .

31 B. Unit Produksi Urea

Pabrik urea Kujang IB didesain untuk memproduksi urea dengan kapasitas terpasang 1725 ton per hari dengan menggunakan proses ACES 21 . Proses pembuatan urea terdiri dari 6 unit, yaitu:

1. Unit Synthesis Loop

Unit sintesis ini menghasilkan urea dengan cara mereaksikan amonia cair dan gas CO2 menjadi amonium karbamat , selanjutnya larutan karbamat ini dikonversikan menjadi urea.Peristiwa tersebut terjadi di dalam reaktor urea pada tekanan dan temperatur tinggi, yaitu pada tekanan 155 kg/cm2 dan temperatur 182oC. Reaksi yang terjadi dalam reaktor sintesis urea adalah sebagai berikut : 2NH3(g) + CO2(g) NH2COONH4(l)

∆H = +38 kkal/mol

(4.19)

NH2CONH2(l) + H2O(l) ∆H = -7,7 kkal/mol

(4.20)

NH2COONH4(l)

Umpan gas CO2 yang akan memasuki unit sintesis hanya boleh mengandung sejumlah kecil hidrogen ( maksimum 0,8 % volum ) , sehingga

hidrogen perlu

dihilangkan terlebih dahulu di dalam dehydrogen column (U-DC 151) dimana terjadi reaksi pembakaran dengan bantuan katalisator platinum . Kemudian umpan CO2 dengan tekanan minimum 0,8 kg/cm2 dan temperatur maksimum 38°C dikompresi hingga 160 kg/cm2 dan diberikan udara anti korosi dalam CO2 compressor (U-GB 101) sehingga kandungan O2 dalam CO2 antara 0,45-0,55 % volum . Sebagian besar gas CO2 kemudian diumpankan ke stripper (U–DA 101) untuk tujuan stripping CO2 . Sisanya diumpankan ke Reaktor (U-DC 101) dan LP decomposer (U-DA 202) . Amonia cair dengan kondisi 18 kg/cm2 dan 30°C diperoleh dari ammonia reservoir (U-FA 104) kemudian di-boost up oleh ammonia boost-up pump (U-GA 103 ) . Sebelum masuk ke dalam reaktor , amonia akan melewati ammonia preheater ( U-EA 102 dan U-EA 103 ) untuk dipanaskan sampai 148°C dan juga melewati HP carbamate ejector ( U-EE 101 ).

32 Reaktor (U-DC 101) dioperasikan pada 155 kg/cm2 dan 182°C . Ketika konversi maksimum sudah mencapai 63% yaitu pada saat molar ratio NH3/CO2 3,7 , maka larutan urea síntesis yang terbentuk di reaktor siap untuk dimasukkan ke stripper (UDA 101). Larutan urea sintesis dari Reaktor (U-DC 101) dipanaskan di falling film heater . Sebagian besar ammonium carbamate dan excess NH3 yang terkandung didalam larutan urea sintesis didekomposisi dan dipisahkan oleh stripper (U-DA 101) dengan kondisi operasi 155 kg/cm2 dan 171°C . Gas yang sudah terpisahkan akan dikirim ke carbamate condenser

(U-EA 101). Sedangkan larutan urea yang

mengandung sekitar 12-13 % berat NH3 dan CO2 dikirim ke unit purification . Carbamate condenser ( U-EA 101 ) terdiri dari bagian kondensasi dan bagian top scrubbing . Bagian kondensasi mempunyai vertical U-tube bundle , 8 baffle plate dan beroperasi pada 155 kg/cm2 dan 180°C . Gas NH3 dan CO2 dari stripper (U-DA 101) akan masuk melalui bagian bawah dan terkondensasi membentuk ammonium carbamate dan urea di sisi shell sedangkan di sisi tube BFW ( boiling feed water ) disirkulasikan oleh steam condensate circulation pump (U-GA 109).Panas kondensasi yang terbentuk digunakan untuk membangkitkan steam 5 kg/cm2 di tube. Pada bagian top scrubbing dipasang packed bed untuk menyerap gas NH3 dan CO2 yang tidak terkondensasi dengan menggunakan larutan recycle carbamate dari unit recovery yang dipompakan oleh carbamate feed pump ( U-GA 102) masuk ke bagian atas carbamate condenser ( U-EA 101 ) . Larutan karbamat dari bagian top scrubbing dimasukkan ke bagian bawah bagian kondensasi lewat pipa internal down-flow dengan gravitasi .

Gas keluaran dari bagian atas carbamate condenser ( U-EA 101 ) diumpankan ke HP absorber ( U-EA 401 ) untuk recovery kembali NH3 dan CO2 yang masih lolos dan sebagian lagi dikirim ke HP decomposer ( U-DA 201) untuk mengambil oksigen sebagai agen pasifasi . Larutan urea – carbamate yang terbentuk mengalir ke atas di sisi shell , kemudian ditarik keluar dari corong overflow untuk diumpankan kembali ke reaktor ( U-DC 101) melalui HP carbamate ejector ( U-EE 101 ) .

33 2. Unit Purification

Pada unit purifikasi larutan dari unit sintesis yang terdiri dari urea, biuret, larutan karbamat, air dan excess NH3 akan didekomposisi dan dipisahkan dari urea dengan pengurangan tekanan dan pemanasan untuk memisahkan larutan karbamat dan amonia berlebih yang terkandung didalam larutan urea sintesis . Larutan urea dimurnikan sampai konsentrasi sekitar 67 % berat dengan sisa NH3 sekitar 0,5 % berat dan kemudian dikirimkan ke seksi konsentrasi. Reaksi dekomposisi larutan karbamat adalah sebagai berikut : NH2COONH4 (Ammonium carbamate)(l) → CO2(g) + 2NH3(g)

(4.21)

Selama dekomposisi , hidrolisa urea menjadi faktor yang penting karena hidrolisa mengkonsumsi urea yang merupakan produk yang diinginkan . Proses hidrolisa terjadi pada temperatur tinggi, tekanan rendah dan waktu tinggal yang lama seperti ditunjukkan oleh reaksi berikut : NH2CONH2 (Urea)(l) + H2O(l) → CO2(g) + 2NH3(g)

(4.22 )

Laju pembentukan biuret perlu diperhatikan karena pada konsentrasi NH3 yang rendah dan temperatur diatas 90 0C akan berlangsung sangat cepat. Akan tetapi excess NH3 dari unit sintesis turut membantu untuk menjaga kandungan biuret yang rendah . Reaksi pembentukan biuret adalah seperti dibawah ini : 2NH2CONH2 (Urea)(l) → NH2CONHCONH2 (Biuret) (l) + NH3(g)

(4.23)

Oleh karena pengaruh reaksi hidrolisa dan pembentukan biuret yang tidak diinginkan , maka peralatan dan kondisi operasi di unit purifikasi dipilih secara hatihati . Sehingga pada unit ini digunakan alat-alat dengan kondisi operasi yang berlainan untuk meminimalkan

efek tersebut sehingga didapatkan hasil urea

yang maksimal .

Unit purifikasi dimulai dengan memasukkan larutan urea sintesis dari bagian bawah stripper (U-DA 101) ke HP decomposer (U-DA 201) yang beroperasi pada 152ºC dengan sebelumnya tekanan diturunkan hingga mencapai 16,5 kg/cm2. Keluaran gas dari HPD dikirimkan ke HP absorber (U-EA 401A,B). Setelah sebagian besar

34 larutan karbamat dipisahkan di HPD kemudian larutan urea diumpankan ke LP Decomposer (U-DA 202) dimana larutan dimurnikan lebih lanjut sampai kandungan NH3 sisa 0,8 % dan CO2 0,4 % berat . LP decomposer (U-DA 202) terdiri dari dua bagian . Bagian atas adalah tangki yang dilengkapi sieve tray . Gas yang dipisahkan dari larutan urea bertukar panas dengan larutan urea yang turun melewati sieve trays, sehingga meminimalkan penguapan air dan mengurangi panas yang masuk ke LPD . Bagian bawah adalah kolom packed bed dimana sisa NH3 di-stripping keluar dari larutan urea dengan gas CO2 yang diumpankan secara langsung ke bagian bawah LPD langsung dari CO2 Compressor (U-GB 101) . Gas keluaran dari LPD dikirimkan ke LP absorber ( U EA 402) sedangkan larutan urea di bagian bawah dikirimkan ke flash separator ( U -FA 205) dimana sisa NH3 dan CO2 dipisahkan lebih lanjut dengan vacuum flashing . 3. Unit Concentration

Larutan urea dari seksi Purifikasi mula-mula dimasukkan ke vacuum concentrator lower (U-FA 202B) yang dioperasikan pada tekanan vakum 150 mmHg dan pada temperatur 77°C untuk mendapatkan konsentrasi urea sekitar 84 % berat . Panas yang ditambahkan untuk menguapkan air diambil dari panas unit recovery di HP absorber lower (U-EA 401B) sehingga akan menaikkan konsentrasi urea dengan menjaga temperatur tetap constan . Tekanan sistem dijaga vakum untuk membantu penguapan air pada temperatur rendah . Kemudian larutan urea dipanaskan sampai 132°C , dibawah kondisi vakum 150 mmHg , dengan steam tekanan rendah untuk mencapai konsentrasi urea 97,5 wt % di outlet vacuum concentrator upper (U-FA 202A). Jika tekanan naik lebih dari 300 mmHg air akan sedikit yang teruapkan sehingga konsentrasi menjadi kecil dan menyebabkan overload pada final concentrator (U-EA 202) sedangkan jika tekanan rendah air akan banyak yang teruapkan sehingga konsentrasi terlalu tinggi dan menyebabkan sumbatan kristal pada saluran-saluran .Temperatur operasi normal

35 adalah antara 130 - 135°C. Jika temperatur terlalu rendah karena tekanan steam rendah atau terlalu banyak larutan urea yang melewati heater (U-EA 201) menyebabkan penguapan air tidak mencukupi dan apabila temperatur terlalu tinggi (lebih dari 135°C) akan meningkatkan kandungan biuret .

Di stage terakhir dari unit ini, larutan urea pekat dikirimkan ke final concentrator (U-EA 202) dan dipanaskan sampai 138°C dengan steam tekanan rendah . Tekanan operasinya harus berada dibawah 30 mmHg apabila tekanan vakum lebih tinggi dari 30 mmHg penguapan air akan berkurang dan menyebabkan tingginya kandungan moisture pada lelehan urea .Temperatur operasi normal adalah 138 - 140 °C , apabila temperatur terlalu rendah pengkristalan urea akan terjadi terutama mulai pada titik solidifikasi urea yaitu 132,6 °C dan menyebabkan kebuntuan di saluran molten urea dan apabila temperatur terlalu tinggi kenaikan kandungan biuret akan bertambah besar . Kemudian Larutan dipekatkan sampai konsentrasi urea 99,8 % berat dibawah kondisi vakum 25 mmHg di final separator (U-FA 203), kemudian dipompakan ke top prilling tower dengan molten urea pump (U-GA 204) sedangkan uap diolah di unit process condensate treatment .

4 . Unit Prilling

Prilling tower (U-IA 301) memiliki tinggi jatuh bebas sekitar 50 meter dan diameter dalam 14,5 meter. Lelehan urea pekat 99,8 % berat dari unit konsentrasi di-spray, didinginkan dan dipadatkan di prilling tower untuk memproduksi butiran urea ( urea prill ) . Untuk menjaga pembentukan biuret seminimum mungkin, sistem didesain dan dioperasikan pada temperatur lelehan urea sedikit diatas melting point urea yaitu 132,7oC dan menjaga waktu tinggal sesingkat mungkin. Lelehan urea turun di prilling tower sebagai droplets setelah melewati strainer (UFD 301) dan head tank (U-FA 301) di bagian atas menara . Lelehan urea dari head tank (U-FA 301) kemudian didistribusikan secara merata ke distributor (U-FJ 301). Udara dingin dihisap melewati intake di bagian bawah menara dan diisap naik ke

36 dalam menara oleh empat induced fans (U-GB 301,A-D) di bagian atas menara . Selama menuruni menara , droplets urea dari distributor (U-FJ 301) akan mengalami kontak dengan udara dingin yang naik , kemudian didinginkan dan dipadatkan hingga membentuk urea prill . Urea prill dikumpulkan dan didinginkan di fluidizing cooler (U-FD 302) pada bagian bawah menara , kemudian masuk ke trommel (U-FD 303) untuk memisahkan urea prill yang oversize dari produk . Urea oversize ini dilarutkan dengan larutan dari dust chamber (U-FC 301) di dissolving tank (U-FA 302).Urea prill yang diproduksi kemudian dikirim ke belt scale (U-JF301) untuk dibawa ke unit pengantongan . Udara yang mengandung debu urea diolah di sistem dust recovery yang diletakkan di bagian atas menara untuk pengaturan polusi . Circulation pump for dust recovery (U-GA 301A,B) mensirkulasikan larutan urea dari dust chamber (U-FC 301) ke packed bed for dust recovery (U-FD 304) . Spray nozzle dan packed bed dipasang untuk scrubbing udara . Uap air dari seksi scrubbing dikurangi oleh demister for prilling tower (U-FD 305) sedangkan udara dibuang ke atmosfir oleh induced fan for prilling tower (U-GB 301A-D) . Emisi debu urea di keluaran menara dijaga sekitar 30 mg/Nm3 untuk menjaga polusi di udara . Larutan urea yang akan direcover direcycle ke urea solution tank (U-FA 201) dengan konsentrasi dipertahankan sekitar 20 % berat dengan mengatur jumlah umpan air. Pipa overflow ke dissolving tank (U-FA 302) lewat urea drainage tank (U-FA 307) dipasang untuk mempertahankan level larutan di dust chamber (U-FC 301) . 5 . Unit Recovery Gas NH3 dan CO2 yang dipisahkan di unit Purifikasi diserap dan direcover di dua tingkat absorber, yaitu HP absorber (U-EA 401A-B) dan LP absorber (U-EA 402), yang menggunakan kondensat proses sebagai absorben, sebelum direcycle ke unit sintesis . Keluaran gas dari LPD di unit purifikasi dikirim ke LP absorber, yang beroperasi pada 2,4 kg/cm² dan 45°C . Sedangkan keluaran gas dari HPD dikirim

37 ke HP absorber (U-EA 401A-B) dengan kondisi operasi di HP absorber lower yaitu bertekanan 15,8 kg/cm² dan 106°C dan 71°C di HP absorber upper . Kemudian gas dikondensasikan dan diabsorbsi lebih sempurna di washing column (U-DA 401) dengan larutan yang datang dari LPA dan process condensate tank (U-FA 501).Panas yang terbentuk dari proses absorpsi di HPA lower ( U-EA 401B ) direcover di vacuum concentrator lower ( U-FA 202B ) sebagai sumber panas pemekatan konsentrasi .

6. Unit Condensate Treatment Air , larutan urea , gas NH3 dan CO2 yang diuapkan selama proses pemekatan larutan urea di unit konsentrasi dikondensasikan oleh surface condensers (U-EA 501-503) di sistem pembentukan vakum menjadi kondensat proses . Kondensat proses kemudian dikirim ke process condensate stripper (U-DA 501) dan urea hydrolyzer (U-DA 502) untuk diolah . Kondensat (kondensat proses yang sudah diolah bersih) dikirim ke dust chamber (U-FC 301) sebagai air untuk scrubbing debu . Gas NH3 dan CO2 yang dipisahkan dari kondensat proses dengan stripping direcycle ke LP decomposer (U-DA 202) di unit purifikasi . Unit condensate treatment dikelompokkan dalam dua sistem yaitu : (a) Sistem Pembentukan Vakum Air yang diuapkan pada kondisi vakum 25 mmHg di final separator (U-FA 203) pada unit konsentrasi di-boost up oleh ejector for FA 203 (U-EE 201) dan dikirim ke surface condenser for FA 203 ( U-EA 503 ) untuk kondensasi . Uap yang belum terkondensasi di surface condenser (U-EA 503) diumpankan ke 1st surface condenser (U-EA 501) dengan ejector for EA 503 (U-EE 503). Air yang diuapkan pada kondisi vakum 150 mmHg di vacuum concentrator ( U-FA 202A-B ) pada unit konsentrasi diumpankan pula ke 1st surface condenser (UEA 501) untuk kondensasi .

38 Sisa uap H2O yang tidak terkondensasi di 1st surface condenser diumpankan ke 2nd surface condenser (U-EA 502) untuk kondensasi lebih lanjut . Gas yang tidak terkondensasi dari 2nd surface condenser tekanannya di naikkan dengan 2nd ejector (U-EE 502) sampai tekanan atmosfer untuk pencucian dengan kondensat proses di final absorber (U-DA 503) untuk recovery NH3 dan CO2 sebelum gas dibuang ke atmosfer .Uap yang ter-flash dari flash separator (UFA 205) dimasukkan ke second surface condenser (U-EA 502) melewati flash gas condenser (U-EA 506) . (b) Sistem Process Condensate Treatment Kondensat dari surface condenser for FA203 (U-EA 503), yang secara terpisah dikumpulkan di process condensate tank (U-FA 501) , dikirim ke LPA sebagai absorben melalui washing column (U-DA 401) untuk membersihkan gas lepas dari HPA . Kondensat Proses dari 1st dan 2nd surface condenser dikumpulkan dan disimpan di process condensate tank (U-FA 501) kemudian dikirim ke process condensate stripper (U-DA 501), yang mempunyai internal sieve trays dan beroperasi pada 3 kg/cm². Kandungan NH3 dan CO2 pada kondensat akan distripping menggunakan stripping steam di process condensate stripper . Gas keluaran dikirim ke LPD pada seksi purifikasi untuk recovery. Dari tingkat menengah process condensate stripper, kondensat yang sudah distripping dipompakan ke urea hydrolyzer (U-DA 502) yang dioperasikan pada 23 kg/cm² dan 210°C , dimana urea akan dihidrolisasi sempurna menjadi NH3 dan CO2 . Kondensat proses dari urea hydrolyzer diumpankan kembali ke bagian bawah process condensate stripper untuk men-stripping NH3 dan CO2. Kondensat proses dari process condensate stripper yang sudah bersih diolah, kemudian dimasukkan dalam water tank (U-FA 305) dimana kandungan urea residu maksimal sebanyak 2 ppm dan NH3 sebanyak 1 ppm .

V. UNIT PENUNJANG PRODUKSI

Unit penunjang produksi didirikan bertujuan untuk melengkapi unit utama, membantu kemudahan penanganan unit utama ataupun untuk mengelola produk samping sehingga menghasilkan bahan yang berguna . Unit pengantongan merupakan bagian dari unit penunjang produksi PT.Pupuk Kujang IB .

A. Unit Pengantongan

Unit ini bertugas mengemas butiran urea ke dalam karung plastik, mendistribusikannya ke sarana transportasi yang tersedia, dan mengatur penyimpanan dalam gudang. Pengelolaan urea di unit pengantongan terdiri dari 3 bagian, yaitu: 1. Sistem pengelolaan urea curah (bulk handling system) 2. Sistem pengantongan (bagging system) 3. Sistem pengelolaan urea kantong (bag handling system)

1. Sistem Pengelolaan Urea Curah Dari prilling tower, urea curah dikirim ke unit pengantongan melalui belt scale (U-JF 301) , kemudian dipindahkan ke belt conveyor 2801-VA-CB yang disebut juga transfer conveyor untuk ditampung dalam tempat penyimpanan sementara surge hooper 2801-FF. Surge hooper ini dilengkapi dengan vibrating feeder 2801-C agar lubang hooper tidak tersumbat. Urea curah ini selanjutnya dikirim ke bin storage 2801 FA-FJ melalui transfer conveyor 2801-VD yang dilengkapi dengan traveling tripper 2801-VE. Untuk mengetahui kondisi bin penuh atau kosong, bin storage dilengkapi dengan high level dan low low switch. Ada sepuluh buah bin storage di unit

40

ini, namun pada kondisi normal hanya empat buah bin yang beroperasi. Kapasitas masing-masing bin adalah 80 ton.

2. Sistem Pengantongan Urea Di bagian bawah bin terdapat mesin penimbang otomatis (weighing machine) untuk menimbang dengan kapasitas 50 kg . Pada line 1,2 dan 3 dengan toleransi penimbangan ± 300 gram , pada line ke empat digunakan untuk pengantongan 1 ton urea , hal tersebut dilakukan karena banyak konsumen yang menginginkan urea dalam bag seberat 1 ton . Dari mesin penimbang urea kantong akan dibawa ke mesin jahit oleh bag belt conveyor. 3. Sistem Pengelolaan Urea Kantong Urea yang telah dikemas dalam karung plastik akan dibawa ke alat angkut atau gudang penyimpanan dengan belt conveyor. Alat angkut yang tersedia adalah truk. Untuk pengangkutan dengan menggunakan truk, digunakan short conveyor sebanyak

empat

buah

dengan

kapasitas

normal

rata-rata

1920

bag/jam/conveyor . Urea kantong yang tidak termuat dalam truk disimpan dalam gudang.Kapasitas penyimpanan gudang ini adalah 35.000 ton urea bagged .

VI. SISTEM PEMROSES DAN INSTRUMENTASI

Setiap alat yang terdapat pada ammonia plant , urea plant dan utility plant di PT Pupuk Kujang memiliki spesifikasi alat yang berbeda sesuai dengan rancang proses dan kondisi operasi dari alat tersebut . Sedangkan untuk mengontrol jalannya operasi diperlukan suatu sistem instrumentasi yang baik.

A. Alat-Alat Proses

1. Alat-Alat Utama Unit Amonia Tabel 6.1.1 Unit Pemurnian Gas Alam

Kode Alat A-114 F A-102-D A-102-J A-133-C A-108-D A- 108 DA,DB

Nama Alat Knock Out Drum Mercury Guard Chamber Feed Gas Compressor Feed Gas Compressor Kick Back Cooler Hydrotreater Desulfurizer

Tabel 6.1.2 Unit Pembuatan Gas Sintesis

Kode Alat A-101-B A-101-B1 A-103-D A-101-C A-102-C A-104-D1 A-104-D2 A-103-C1,C2

Nama Alat Primary Reformer Reformer Stack Secondary Reformer Secondary Reformer Waste Heat Boiler HP Steam Superheater High Temperature Shift Converter Low Temperature Shift Converter HTS Effluent Steam Generator

42

Tabel 6.1.3 Unit Pemurnian Gas Sintesis

Kode Alat A-101-E A-102-F2 A-101-BCFU A-102-E A-108-J A-112-C A-105-C A-111-C A-107-C A-116-J/JA A-110-C A-109-C A-107-JA,JB,JC A-109-L A-102-F2 A-114-C A-172-C1 A-115-C1,C2 A-106-D A-104-F A-102-J

Nama Alat CO2 Absorber CO2 Absorber Overhead KO Drum Fuel Gas Preheater CO2 Stripper Semi Lean Solution Pump Lean/Semi Lean Solution Exchanger CO2 Stripper Reboiler CO2 Stripper Steam Reboiler CO2 Stripper Quench Cooler CO2 Stripper Quench Pump Lean Solution Cooler Lean Solution BFW Exchanger Lean Solution Pump Antifoam Injection Unit CO2 Absorber Overhead Knock Out Drum Methanator Feed/Effluent Exchanger Methanator Preheater Methanator Effluent Cooler Methanator Synthesis Gas Compressor Suction Drum Feed Gas Compressor

Tabel 6.1.4 Unit Sintesa Amonia

Kode Alat A-103-J A-116-C A-129-C A-105-F A-104-F A-106-F A-134-C A-109-DA,DB A-111-D A-173-C A-105-D A-121-C A-122-C A-123-C

Nama Alat Synthesis Compressor Synthesis Gas Compressor Intercooler Synthesis Gas Compressor Interstage Chiller Synthesis Gas Compressor First Stage Separator Synthesis Gas Compressor Suction Drum Ammonia Separator Synthesis Gas Compressor Kickback Cooler Molecular Sieve Dryer Molecular Sieve Regeneration Gas Dryer Molecular Sieve Regeneration Heater Ammonia Synthesis Converter Ammonia Converter Feed / Effluent Exchanger Ammonia Converter Interchanger Ammonia Converter Effluent Steam Generator

43

Tabel 6.1.5 Unit Purifikasi dan Refrigerasi Amonia

Kode Alat A-124-C A-120-C A-120-CF1 A-120-CF2 A-120-CF3 A-120-CF4 A-106-F A-107-F

Nama Alat Ammonia Converter Effluent Cooler Ammonia Unitized Chiller 1st Stage Refrigerant Flash Drum 2nd Stage Refrigerant Flash Drum 3rd Stage Refrigerant Flash Drum 4th Stage Refrigerant Flash Drum Ammonia Separator Ammonia Letdown Drum

Tabel 6.1.6 Unit Ammonia Recovery Kode Alat A-103-E A-104-E A-105-E

Nama Alat LP Ammonia Scrubber HP Ammonia Scrubber Ammonia Stripper

Tabel 6.1.7 Unit Hidrogen dan Purge Gas Recovery

Kode Alat A-103-L

Nama Alat Hydrogen Recovery Unit

Tabel 6.1.8 Unit Process Condensate Stripping

Kode Alat A-121-J A-121-J,JA A-150-E A-188-C1,C2,C3 A-174-C

Nama Alat Raw Gas Separator Process Condensate Pump Process Condensate Stripper Condensate Stripper Feed/Effluent Exchanger Stripper Condensate Cooler

44

2.Alat-Alat Utama Unit Urea

Tabel 6.2.1 Unit Synthesis Loop

Kode Alat U – GA 101 U – GA 102 U – GB 101 U – DA 101 U – DC 101 U – DC 151 U – EA 101 U – EA 102 U – EA 103 U – EE 101

Nama Alat Ammonia Feed Pump Carbamate Feed Pump CO2 Compressor Stripper Reaktor Dehydrogen Column Carbamate Condenser Ammonia Preheater 1 Ammonia Preheater 2 HP Carbamate Ejector

Tabel 6.2.2 Unit Purification

Kode Alat U – DA 201 U – DA 202 U – FA 201 U – FA 205 U – GA 201

Nama Alat HP Decomposer LP Decomposer Urea Solution Tank Flash separator Urea Solution Pump

Tabel 6.2.3 Unit Concentration

Kode Alat U – GA 202 U – GA 203 U – GA 204 U – EA 201 U – EA 202 U – EA 203 U – FA 202A U – FA 202B U – FA 203 U – EE 201

Nama Alat Urea Solution Circulation Pump Urea Solution Feed Pump Molten Urea Pump Heater for FA – 202 Final Concentrator Urea Solution Heater Vacuum Concentrator Upper Vacuum Concentrator Lower Final Separator Ejector for FA – 203

45

Tabel 6.2.4 Unit Prilling

Kode Alat U – GA 301 U – GA 302 U – GB 301 U – GB 302 U – GD 302 U – EC 301 U – FA 301 U – FA 302 U – FA 304 U – FA 306 U – FA 307 U – FC 301 U – FD 301 U – FD 302 U – FD 303 U – FD 304 U – FJ 301 U – FJ 302 U – FJ 303 U – FD 305 U – JD 301 U – JF 301 U – IA 301

Nama Alat Circulation Pump for Dust Recovery Dissolving Tank Pump Induced Fan for Prilling Tower Blower for Fluidizing Cooler Agitator for Dissolving Tank Air Heater for Fluidizing Cooler Head Tank Dissolving Tank Strainer Washing Tank Distributor Washing Tank Urea Drainage Tank Dust Chamber Strainer Fluidizing Cooler Trommel Packed Bed for Dust Recovery Distributor Spray Nozzle for Packed Bed Spray Nozzle for Demister Demister for Prilling Tower Belt Conveyor to Trommel Belt Scale Prilling Tower

Tabel 6.2.5 Unit Recovery

Kode Alat U – GA 401 U – GB 402 U – DA 401 U – EA 401A U – EA 401B U – EA 402

Nama Alat Carbamate Boost Pump HP Absorbent Pump Washing Column HP Absorber Upper HP Absorber Lower LP Absorber

46

Tabel 6.2.6 Unit Condensate Treatment

Kode Alat U – GA 303 U – GA 501 U – GA 502 U – GA 503 U – DA 501 U – DA 502 U – DA 503 U – EA 501 U – EA 502 U – EA 503 U – EA 504 U – EA 505 U – EA 506 U – FA 305 U – FA 501 U – EE 501 U – EE 502 U – EE 503

Nama Alat Water Pump for Prilling Tower Process Condensate Pump Urea Hydrolyzer Feed Pump LP Absorbent Pump Process Condensate Stripper Urea Hydrolyzer Final Absorber 1st Surface Condenser 2nd Surface Condenser Surface Condenser for FA – 203 Preheater for DA – 501 Preheater for DA – 502 Flash Gas Condenser Water Tank Process Condensate Tank Ejector 1 Ejector 2 Ejector for EA – 503

B. Sistem Pengendalian dan Instrumentasi

Instrumen pengendalian proses mempunyai peranan yang sangat vital untuk mengatur agar fluktuasi besaran proses dapat dikendalikan dan senantiasa beroperasi pada rentang waktu yang diinginkan. Pada dasarnya pengendalian proses bertujuan untuk: 1. Mengetahui dan mengatur besar kecilnya kondisi operasi seperti temperatur dan tekanan pada proses yang berlangsung. 2. Mengetahui adanya kondisi bahaya yang sedang terjadi pada instrumentasi proses. 3. Mengatur laju alir umpan masuk. Sistem pengendalian operasi pabrik PT Pupuk Kujang IB menggunakan sistem control elektronik ( DCS ) .Sistem pengendalian proses produksi ini cukup andal baik ditinjau dari segi efisiensi dan efektifitasnya .

47

Peralatan pada DCS terdiri dari : layar monitor berukuran sekitar 19 in, keyboard yang terdiri dari button configuration dan standard button , dot matrik printer , video copier , penset , annunciator panel , dan emergency button . Item yang dikonfigurasi (tag name)dalam DCS dikelompokan sebagai berikut : 1. Regulatory Digunakan sebagai controller , kalkulasi , selector switch, dll. 2. Analog input Digunakan sebagai indikasi dari hasil pengukuran transmitter untuk menunjukkan harga satuan proses , seperti tekanan , level , dan temperatur . 3. Analog output Digunakan untuk mengoperasikan suatu

control valve , regulator atau

pengaturan governor control. 4.

Digital input Digunakan sebagai indikasi dari signal digital dari proses misalnya : pressure switch , level switch, vibro switch , alarm , dll .

5. Digital output Digunakan sebagai penggerak selenoid yang banyak dipakai untuk menjalankan atau menghentikan

peralatan , membuka atau menutup

kontrol valve. 6. Flag Digunakan sebagai tag name software yang berfungsi sebagai alarm dari suatu hasil perhitungan . 7. Numeric Digunakan sebagai tag name software yang dipakai sebagai setting suatu perhitungan , indikasi hasil kalkulasi , pengaturan harga rate , rasio,dll. 8. Timer Digunakan sebagai tag name software yang berfungsi sebagai controller untuk pengaturan timer . 9. Sequence Digunakan sebagai tag name software yang berisi bahasa program untuk interlock system , perhitungan harga proses , batasan harga proses , dll.

VII. PRODUK

Produk merupakan hasil akhir dari seluruh rangkaian proses yang mengolah bahan baku. Produk yang dihasilkan oleh PT. Pupuk Kujang IB meliputi produk utama, produk antara dan produk samping .

A. Produk Utama

Produk utama pabrik ini adalah butiran pupuk urea dengan kapasitas disain sebesar 570.000 ton per tahun atau 1.725 ton per hari dengan konsumsi energi 5623 Gcal per ton . Kualitas urea yang dihasilkan pabrik ini dapat dilihat pada Tabel 7.1. Tabel 7.1 Kualitas Produk Urea Kandungan bahan dalam urea

Jumlah

Nitrogen Moisture Biuret Kadar besi Amonia bebas Abu

46 % berat (minimum) 0,3 % berat (maksimum) 1 % berat (maksimum) 1 ppm (maksimum) 150 ppm (maksimum) 15 ppm (maksimum)

Sumber : PT. Pupuk Kujang IB , Unit Urea

Tabel 7. 2 Ukuran Produk Urea Ukuran produk urea

Jumlah

1 – 3,35 mm

95 % ( minimum )

< 0,71 mm

2 % ( maksimum )

< 3,35 mm

100 %

Sumber : PT. Pupuk Kujang IB , Unit Urea

49

Hasil dari produk utama dipasarkan berdasarkan keputusan Asosiasi Produsen Pupuk Indonesia (APPI), sesuai dengan keputusan APPI untuk pemasaran pupuk dalam negeri yang ditunjuk sebagai distributor tunggal adalah PT Pupuk Sriwijaya , termasuk pupuk urea hasil produksi PT Pupuk Kujang. Selain itu, pemasaran urea dan amonia dilakukan sendiri oleh PT Pupuk Kujang, maupun melalui distributor-distributor untuk sektor pangan daerah sekitar pabrik, sektor industri dan sektor perkebunan. Selain pemasaran dalam negeri, juga dilakukan ekspor. Untuk ekspor penjualan diakukan oleh PT Pupuk Kujang sendiri . Jumlah urea yang diekspor adalah excess (kelebihan) dari jumlah produksi urea setelah sejumlah kebutuhan dalam negeri terpenuhi. Pasar PT Pupuk Kujang di luar negeri antara lain adalah Cina, Vietnam dan Filipina.

B. Produk Antara dan Produk Samping

Selain menghasilkan urea, PT. Pupuk Kujang juga menghasilkan zat-zat lain, amonia cair dan karbondioksida sebagai produk antara, gas hidrogen, nitrogen cair, gas nirogen dan oksigen cair sebagai produk samping. Produksi amonia cair yang langsung terpakai oleh pabrik urea sekitar 1000,5 ton per hari, sedangkan karbondioksida sekitar 1311 ton per hari . Kualitas produk amonia dan karbondioksida dapat dilihat pada Tabel 7.3 dan 7.4 Tabel 7.3 Kualitas Amonia Cair Karakteristik Kadar amonia Kadar minyak Kadar air Tekanan Temperatur

Nilai 99,9 % berat (minimum) 5 ppm (maksimum) 0,1 % berat (maksimum) 18 kg/cm2 ( minimum ) 30 oC ( normal )

Sumber : Basic Engineering Design Data Kujang IB

50

Tabel 7.4 Kualitas Gas CO2 Karakteristik Komposisi (basis kering) a. Karbondioksida b. Sulfur c. H2 d. N2 e. CH4+CO+Ar Kadar air Tekanan Temperatur

Nilai 99 % volume (minimum) 0,1 ppm (maksimum) 0,8 % volume ( maksimum ) 0,2 % volume ( maksimum ) 0,02 % volume ( maksimum ) Jenuh 0,6 kg/cm2 38 oC

Sumber : Basic Engineering Design Data Kujang IB

Gas amonia yang dijual adalah sisa kebutuhan pabrik urea. Gas nitrogen, nitrogen cair, dan oksigen cair dihasilkan oleh unit pemisah udara. Gas hidrogen dihasilkan oleh unit Hidrogen dan Purge Gas Recovery . Jumlah produksi dari masing-masing produk samping dapat dilihat pada Tabel 7.5. Tabel 7.5. Kapasitas Produksi Tiap Produk Samping Produk Samping Gas amonia Gas Nitogen Nitrogen cair Oksigen cair Gas Hidrogen

Kapasitas Produksi (per hari) 13,3 ton 6,3 Nm3 515,5 gallon 677,7 gallon 26.376 Nm3

Sumber : PT. Pupuk Kujang

Karena produksi produk-produk ini tidak terlalu besar maka umumnya hanya ditujukan untuk membantu anak-anak perusahaan di sekitar PT Pupuk Kujang, seperti produk amonia yang dijual ke PT Multi Nitrotama Kimia dan Hidrogen yang dijual ke PT Peroksida Indonesia Pratama .

VIII. UTILITAS

Pabrik Utilitas Kujang IB (Utility Plant) bertugas untuk menyediakan bahanbahan baku dan penunjang untuk kebutuhan operasi dan sistem produksi di pabrik pupuk Kujang IB seperti air bersih,air pendingin, air proses, steam, tenaga listrik, pengolahan udara pabrik dan instrument, nitrogen, gas dan mengolah limbah cair. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut Pabrik Utilitas Pupuk Kujang IB ini dibagi dalam 8 unit yaitu:

A. Unit Water Intake Unit ini merupakan unit yang menyediakan kebutuhan air baku untuk kebutuhan Pabrik KIB. Sumber air baku untuk pabrik ini berasal dari 3 lokasi yaitu : Water Intake Parung Kadali (Curug) ,Cikao (Jatiluhur), dan Kolam Emergency (kolam 8). •

Water intake Parung Kadali (Curug) mempunyai 3 buah pompa MP I ,MP II , MP III dengan kapasitas masing-masing 1250 m3/jam dan 2 buah pompa auxiliary ( AP I dan AP II ) dengan kapasitas pompa masingmasing 840 m3/jam.

•

Water intake Cikao ( Jatiluhur ) mempunyai 2 buah pompa (MP A & B) dengan kapasitas masing-masing 1250 m3/jam dan akan beroperasi apabila kondisi air baku water intake di Parung Kadali turbiditasnya mengalami kenaikan > 200 ntu .

•

Kolam Emergency ( kolam 8 ) dilengkapi oleh 2 buah pompa 3003 J/JA dengan kapasitas masing-masing pompa 450 m3/jam , kolam 8 ini merupakan kolam cadangan yang digunakan apabila air baku dari Parung Kadali tidak dapat memenuhi kebutuhan yang diperlukan .

52

B. Unit Pengolahan Air Unit pengolahan air ini terbagi menjadi 2 unit utama yaitu unit water pretreatment dan unit demineralization .

1. Unit Water Pretreatment

Sebelum digunakan air baku yang mengandung pengotor yang tidak larut dalam air ( suspended solid ), seperti lumpur, pasir, partikel halus dan lainlain harus diolah terlebih dahulu menjadi air bersih dengan proses koagulasi, flokulasi, sedimentasi, dan filtrasi, sehingga menghasilkan air bersih dengan pH 6.5-7,5 dan kekeruhan maksimal 2 ppm . Air bersih ini digunakan sebagai air service , sumber untuk membuat air pendingin dan air demin , air hydrant , backwash pressurizer sand filter ( PSF) serta backwash activated carbon filter ( ACF)

Gambar 8 . 1 Unit Water Treatment

53

2.Unit Demineralization Unit ini betugas untuk mengolah air filter menjadi air demin, yaitu air yang telah dihilangkan mineral-mineralnya dengan jalan pertukaran ion di dalam ion exchanger, agar tidak menimbulkan kerak dan bebas dari gas-gas yang dapat mengakibatkan korosi seperti gas O2 dan CO2. Unit demineralisasi ini terdiri dari 5 bagian, yaitu: a. Activated Carbon Filter Berfungsi menghilangkan klorin agar resin pada unit demineralisasi tidak teroksiodasi,

menghilangkan

bau,

menghilangkan

warna

,

dan

menghilangkan impurities lainnya yang masih terbawa dalam air filter . b. Cation Exchanger Berfungsi untuk mengikat kation-kation yang terkandung dalam air, antara lain: Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, dan Al3+

kemudian

+

ditukarkan dengan ion hidrogen ( H ) yang terdapat pada resin Amberjet 1200 Na. c. Degassifier Berfungsi untuk menghilangkan carbon dioxide dan mengurangi alkalinity karena tidak terproses dalam cation exchanger sehingga beban ion yang masuk ke anion exchanger berkurang . d. Anion Exchanger Berfungsi untuk mengikat anion - anion, antara lain : CO32-, SO42-, Cl-, NO3-, dan SiO3- kemudian ditukarkan dengan ion hidroksil ( OH – ) yang terdapat pada resin Amberjet 4200 e. Mix Bed Polisher Berfungsi untuk mengikat anion dan kation yang masih lolos dari cation dan anion exchanger serta sebagai pengaman apabila terjadi keracunan dari cation dan anion exchanger. Diharapkan air yang keluar dari sini mempunyai pH 6,8 – 7 .

54

C. Unit Pembangkit Steam Unit pembangkit steam terdiri dari 2 boiler yaitu package boiler ( B-BF 4101 ) dengan kapasitas produksi steam 100 ton/jam , dan waste heat boiler ( B-BF 4002 ) serta unit pengolahan air umpan ketel daerator ( B-EG 4001 ) .

Dalam steam system dilakukan injeksi beberapa bahan kimia sebagai berikut : •

Liquid ammonia sebagai pengontrol pH

•

Liquid phosphate sebagai pencegah korosi

•

Oksigen Scaveger sebagai penangkap oksigen

Steam yang dihasilkan yaitu : •

Medium Pressure Steam ( MPS ) , bertekanan 42 kg/cm2 pada temperatur 380oC . MPS sebagian besar dikirim ke pabrik urea, sebagian yang lain digunakan untuk turbine-turbine di area Service Unit

•

Low low

Pressure Steam ( LLPS ), bertekanan 3.5 kg/cm2 pada

temperatur 260oC . LLPS digunakan untuk pemanas A-EA2001 (Ammonia Heater), ejector, sebagian dikirim ke unit urea dan amonia.

D. Unit Pembangkit Listrik Fungsi dari unit ini adalah menyediakan tenaga listrik untuk kebutuhan pabrik KIB . Kebutuhan tersebut disuplai dari beberapa sumber tegangan yang terdapat dari unit utilitas, yaitu:

1. Gas Turbin Generator Solar ( G-GI 7001 ) Generator ini merupakan sumber utama dari tenaga listrik yang dibutuhkan dengan kapasitas power 10 MW, Tegangan 13,6 - 13,8 KV / 50 Hz. 2. PLN (Perusahaan Listrik Negara) PLN merupakan sumber tenaga listrik cadangan dengan kapasitas power 11,5 MW.

55

3. Emergency generator Merupakan generator darurat dengan kapasitas 1500 KW,400 V,50 Hz. 4. UPS (Uninterupted Power Supply) Merupakan alat yang dapat mensuplai tenaga listrik tanpa kehilangan tegangan . UPS ini hanya digunakan untuk alat-alat kontrol kritis yang tidak boleh

mengalami

kehilangan

tegangan

seperti

DCS

dan

power

instrumentasi. Memiliki kapasitas 80 KVA bertegangan 110 V .

5. DC Charger Berfungsi mengubah power AC ke DC , DC Charger menyediakan back up baterai selama 30 menit dengan voltase 110 V .

E. Unit Pengolahan Air Pendingin (Cooling Water) Unit ini berfungsi mendinginkan air dari 46oC menjadi 32oC sehingga dapat digunakan lagi sebagai air pendingin pada cooler yang terdapat pada peralatan yang membutuhkan proses pendinginan. Untuk keperluan air pendingin, air diambil dari filtered water tank ( W-FB 1001 ). Sifat-sifat yang harus dipenuhi oleh air pendingin adalah: tidak korosif, tidak menimbulkan kerak, dan tidak mengandung mikroorganisme yang dapat menimbulkan lumut. Oleh karena pada unit pengolahan air pendingin di injeksikan beberapa bahan kimia yaitu : • Senyawa fosfat, untuk mencegah timbulnya kerak pada pipa exchanger. •

Senyawa klor, untuk menbunuh bakteri dan mencegah tinbulnya lumut pada menara pendingin.

•

Asam sulfat dan soda kaustik, untuk mengatur pH air pendingin.

•

Dispersant, untuk mencegah penggumpalan dan mengendap kotoran kotoran yang terdapat pada air pendingin dan mencegah terjadi fouling pada pipa exchanger.

56

F. Unit Pengolahan Udara Pabrik dan Udara Instrumen Udara pabrik ( Plant Air / PA ) berfungsi sebagai umpan IA Dryer , passivasi pabrik urea , blanket , pembersih alat-alat , pengaduk, dan sebagainya .Udara pabrik diperoleh dengan mengkompresikan udara luar sampai mencapai tekanan 7.5 kg/cm2. Udara ini sebagian ditransmisikan ke unit service,amonia maupun urea dan sisanya dikeringkan dalam instrument air dryer ( IA dryer ) untuk menjaga dew point pada 40 °C serta tekanan 7.5 kg/cm² agar siap digunakan sebagai Udara instrumen ( Instrument Air / IA ) yang berfungsi sebagai penggerak instrumen-instrumen pneumatic .

G. Unit Gas Metering System Berfungsi mengatur kebutuhan distribusi gas dalam pabrik . Unit ini dibagi menjadi 2 sistem , yaitu :

1. Natural gas system Natural Gas ( gas alam ) diperoleh dari pertamina , umumnya berada pada tekanan 12 kg/cm2 , temperatur 32 oC dengan flow rate 44,445 Nm3/h . flow rate , tekanan , densitas dan temperatur gas alam diukur di metering station sebelum didistribusikan . Pada aliran umpan masuk dipasang controller PV-2901 untuk mengatur supply gas alam . Sebelum didistribusikan ke unit amonia , waste heat boiler , package boiler , gas alam akan dipisahkan dari fraksi berat di NG knock out drum( F-FA 1001) dan difiltrasi di NG Filter ( F-FD 1001 A/B ) . Untuk supply gas alam ke gas turbin generator gas alam akan dikompresi terlabih dahulu di NG booster compressor ( G-GB 7001 ) dan di filtrasi kembali di GTG inlet filter ( G-FD 7001 A/B ) .

2. Nitrogen System Pada sistem ini nitrogen dibagi menjadi 2 level pressure , yaitu low pressure nitrogen bertekanan 7 kg/cm² dan high pressure nitrogen bertekanan 19 kg/cm² . low pressure nitrogen akan didistribusikan ke

57

semua unit area yang membutuhkan sedangkan high pressure nitrogen akan didistribusikan ke unit urea dan amonia .

Gambar 8 . 2 Nitrogen system

H. Unit Pengolahan Limbah ( Waste Water Treatment )

Menurut jenisnya ada 3 jenis limbah yang dihasilkan oleh PT. Pupuk Kujang yaitu limbah gas , padat dan cair . Pengolahan limbah cair memerlukan penanganan serius dan harus melalui beberapa tahap. Tahapan pengolahan limbah cair meliputi:

1. Pemisahan Air Berminyak Unit ini bertujuan untuk mengolah air yang mengandung minyak dengan kadar 100 mg/L sampai 300 mg/L menjadi 1,5 mg/L . Oily water dari semua unit area dipisahkan oleh oily water separator ( W-FA 6003 ) . Minyak dan pengotor akan dibakar di dalam burning pit , sedangkan limbah yang akan dibuang ke sewer , ditampung terlebih dahulu di final effluent sump ( W-FB 6005 ) untuk diinjeksikan caustic dan sulfurid acid sebagai pengontrol pH substansi – substansi kimia didalamnya ( chemical washing ) .

58

2. Netralisasi Asam-Basa

Unit ini bertujuan menetralkan air buangan yang berasal dari regenerasi cation dan anion exchanger , serta air polisher regenerasi dari semua unit pabrik . Diharapkan air yang keluar dari unit ini mempunyai pH 6,5 sampai 7,5 . Air regenerasi dibawa ke neutralization pit ( W-FB 1007 ) untuk netralisasi pH menggunakan injeksi sulfurid acid dan caustic . Kemudian air regenerasi yang sudah dinetralisasi dibawa ke final effluent sump ( W-FB 6005 ) untuk digabungkan dengan cooling tower blowdown amonia dan urea serta actived carbon backwash , pH substansi – substansi kimia ini dikontrol kembali dengan injeksi caustic dan sulfurid acid . Limbah cair yang selesai dinetralisasikan dibawa ke kolam penampungan limbah ( pond sewer ).

Air limbah yang berasal dari pond sewer dialirkan ke kolam stabilisasi sebagai tempat penampungan akhir dari seluruh air limbah di PT Pupuk Kujang yang berkapasitas 5000 m3 yang overflow-nya mengalir ke Sungai Cikaranggelam dengan pemantauan kualitas secara rutin .

Gambar 8 . 3 Waste Water Treatment

IX. TATA LETAK DAN LOKASI PABRIK

A. Tata Letak Pabrik

Kawasan P.T. Pupuk Kujang memiliki luas area sekitar 727,5 Ha yang terdiri atas daerah pabrik seluas ± 60 Ha , daerah perumahan seluas ± 60 Ha , daerah perkantoran dan sarana penunjang lainnya seluas ± 230 Ha serta Kawasan Industri Kujang Cikampek (KIKC) seluas ± 377,5 Ha. Kawasan pabrik terdiri dari pabrik amonia, urea, utilitas, dan pengepakan/pengantongan yang tersusun berdasarkan keterkaitan proses. Sehingga tata letak ( lay out ) pabrik ditata sedemikian rupa dengan mempertimbangan kemudahan jalannya proses produksi dan kemudahan keluar masuknya kendaraan, baik kendaraan berat maupun kendaraan ringan . Lay out juga dirancang agar air buangan yang keluar dari lingkungan pabrik dianggap tidak membahayakan lingkungan sekitarnya.

Tata letak pabrik atau plant lay out perlu dirancang dengan tujuan: 1. Pengelolaan produk dapat efisien. 2. Memudahkan penanggulangan bahaya yang mungkin terjadi. 3. Mencegah polusi gas maupun suara. 4. Memudahkan jalan keluar dan masuk kendaraan di area pabrik.

Kawasan Industri Kujang Cikampek( KIKC ) yang merupakan anak-anak perusahaan PT . Pupuk Kujang berada berdekatan dengan kawasan pabrik, agar memudahkan penyediaan bahan baku dan utilitas yang dikirim dari kawasan pabrik, sementara perkantoran dan perumahan berada agak jauh dari kawasan pabrik agar tidak terganggu oleh suasana pabrik .

60

B. Lokasi Pabrik

Pabrik PT. Pupuk Kujang (Persero) terletak di Jalan Jenderal Ahmad Yani, Desa Dawuan , Kecamatan Cikampek , Kabupaten Karawang, Propinsi Jawa Barat. Pemilihan lokasi pabrik didasarkan atas pertimbangan: a.

Dekat dengan sumber bahan baku gas alam di Cilamaya,

b.

Dekat dengan sumber air tawar di Waduk Curug,

c.

Dekat dengan sumber tenaga listrik di Jatiluhur,

d.

Tersedianya jalur angkutan darat seperti jalan raya dan jalan kereta api,

e.

Tersedianya sungai pembuangan di Cikaranggelam,

f.

Letak yang strategis untuk pemasaran produk , yaitu berada di tepi jalan raya lintas utara Pulau Jawa

X. ORGANISASI PERUSAHAAN

Suatu perusahaan membutuhkan manajemen yang baik untuk menunjang dan mendukung berfungsinya suatu industri , sehingga perusahaan perlu melengkapi diri dengan struktur organisasi yang baik agar manajemen perusahaan tersebut dapat berjalan dengan baik pula .

Organisasi perusahaan adalah suatu sistem yang dibuat untuk mengatur kegiatan dan aset dalam perusahaan sedemikian rupa sehingga tercapai efisiensi yang maksimum. A. Struktur Organisasi P.T. Pupuk Kujang merupakan BUMN di bawah Departemen Perindustrian dan Direktorat Industri Kimia Dasar yang seluruh modalnya adalah milik pemerintah.

Struktur organisasi yang berlaku saat ini adalah berdasarkan Surat Keputusan Direksi No. 014/SK/DU/X/2004, tanggal 18 Oktober 2004. Berdasarkan surat keputusan tersebut, struktur organisasi PT. Pupuk Kujang terdiri dari dewan direksi, kepala kompartemen, kepala divisi atau biro, kepala bagian atau dinas, serta kepala seksi atau bidang.

62

B. Struktur Kebutuhan Tenaga Kerja Sampai dengan bulan Juli 2007 Jumlah karyawan di P.T. Pupuk Kujang berjumlah 1.072 karyawan . Jumlah tenaga kerja tersebut tidak termaksuk 5 orang yang duduk di dewan direksi, karena direktur-direktur PT. Pupuk Kujang berstatus pegawai dari Departemen Perindustrian RI. Berdasarkan status kepegawaian , karyawan diklasifikasikan sebagai berikut: Karyawan tetap

: 972 orang

Karyawan ikatan kerja

:

84 orang

Karyawan honorer

:

16 orang

Jumlah

: 1.072 orang

Sedangkan

berdasarkan

jabatan

dalam

struktur

organisasi,

dapat

diklasifikasikan sebagai berikut: Direksi

:

5 orang

Staf ahli

:

3 orang

Kepala kompartemen + staf setingkat

:

15 orang

Kepala biro/divisi + staf setingkat

:

72 orang

Kepala dinas/bagian + staf setingkat

:

126 orang

Kepala seksi/ bidang + staf setingkat

:

260 orang

Pelaksana

:

596 orang

Jumlah

:

1.077 orang

C. Waktu Kerja

Berdasarkan waktu kerjanya, karyawan dapat dibedakan menjadi karyawan regular dan shift.

Karyawan regular adalah mereka yang tidak terlibat langsung dalam kegiatan produksi maupun pengamatan pabrik dan biasanya karyawan tingkat staf ke atas. Jam kerja karyawan regular adalah sebagai berikut :

63 • • •

Hari Senin sampai Kamis

: pkl. 07.00 – 16.00

Istirahat

: pkl. 11.30 – 12.30

Hari Jumat

: pkl. 07.00 – 17.30

Istirahat

: pkl. 11.30 – 13.00

Hari Sabtu dan Minggu libur

Karyawan shift adalah mereka yang terlibat langsung dalam kegiatan produksi dan pengamanan pabrik. Jam kerja shift dapat diatur sebagai berikut: •

Shift pagi

: pkl. 07.00 – 15.00

•

Shift sore

: pkl. 15.00 – 23.00

•

Shift malam : pkl. 23.00 – 07.00

Setiap tahun diadakan tour around (TA) yaitu penghentian produksi untuk perbaikan dan pemeriksaan seluruh alat. Satu kali turn around memakan waktu kurang lebih dua minggu., sehingga pada prakteknya pabrik bekerja selama 330 hari/tahun.

D. Sistem Penggajian

Sistem penggajian di P.T. Pupuk Kujang dibedakan menjadi dua yaitu: •

Gaji karyawan tetap, ikatan dinas dan honorer. Untuk karyawan tetap. Karyawan yang bekerja karena ikatan dinas, maupun karyawan honorer, gaji diberikan akhir bulan. Gaji ini meliputi tunjangan isteri, anak, kesehatan, perumahan dan lain-lain.

•

Gaji tenaga harian lepas. Untuk tenaga harian lepas, gaji diberikan 2 mingguan, yaitu setiap tanggal 5 dan 20. Besarnya gaji ini tergantung banyak sedikitnya jam kerja masing-masing karyawan. Selain gaji rutin seperti tersebut diatas, setiap karyawan akan mendapat bonus keuntungan yang besarnya tergantung kepada laju produksi .

64

E. Keselamatan Kerja Masalah keselamatan kerja sangat penting dalam pengoperasian pabrik, baik untuk melindungi keselamatan karyawan sendiri maupun demi keselamatan dan kelangsungan pabrik. Hal ini ditunjang dengan adanya Undang- Undang No. 1 tahun 1970 yang menetapkan bahwa setiap tenaga kerja berhak mendapat pekerjaan demi kesejahteraan hidup dan peningkatan produktivitas nasional. Untuk itu di P.T. Pupuk Kujang dibentuk bagian Keselamatan Kerja dan Pemadam Kebakaran ( Fire and Safety Unit). Tugas dan wewenang badan ini adalah memberi ijin kerja kepada karyawan yang akan melakukan penggalian, pembongkaran, perbaikan alat, mengawasi dan menegur orang- orang yang berada di lingkungan pabrik jika sekiranya melakukan tindakan yang membahayakan,

mengadakan

latihan

penanggulangan

kecelakaan

dan

kebakaran secara periodik bagi seluruh karyawan, mengumandangkan safety talk atau peringatan kembali tentang peraturan keselamatan kerja pada waktuwaktu tertentu, dan menerbitkan majalah bulanan fire and safety.

Bagian ini juga memiliki sarana-sarana penunjang keselamatan

seperti

ambulans, fire truck multi purpose, fire jeep car, fire detector dan instrumennya, racun api, masker gas dan api, unit pengisi udara tekan, kotak PPPK, posterposter keselamatan kerja, ruang kelas dan garasi tambahan untuk latihan.

DAFTAR PUSTAKA

Perry, R.H. and Green, D. 1999. Perry’s Chemical Engineerings Hand Book 5th ed . Mc Graw-Hill Book Company . New York. PT. Pupuk Kujang IB . 2004 . Petunjuk Pengoperasian Pabrik Urea-IB . PT . Pupuk Kujang. Cikampek - Jawa Barat . PT. Pupuk Kujang . 2005 . e-Files Engineering Data Book . Cikampek - Jawa Barat .

Rekayasa Persada .

Team Engineering KIB Project . 2004 . Utility Plant . PT. Pupuk Kujang . Cikampek – Jawa Barat . Toyo Engineering Corporation . 2003 . Process Description for Ammonia Unit . Toyo Engineering Corp . Tokyo- Japan . Toyo Engineering Corporation . 2003 . Process Description for Urea Unit . Toyo Engineering Corp . Tokyo- Japan .

LAPORAN TUGAS KHUSUS KERJA PRAKTEK PT PUPUK KUJANG I B (PERSERO) CIKAMPEK – JAWA BARAT Process Engineering KIB

Evaluasi Kinerja “Ammonia Converter Feed/Effluent Exchanger” “( A-121-C )”

Oleh Neni Muliawati 0415041056

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2008

DAFTAR ISI

Halaman DAFTAR ISI ........................................................................................................... i DAFTAR TABEL .................................................................................................. ii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ iii BAB I. PENDAHULUAN ..................................................................................... 1 A. Latar Belakang ..................................................................................... 1 B. Tujuan ................................................................................................... 2 C. Ruang Lingkup dan Batasan Masalah .................................................. 2 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA........................................................................... 3 A. Alat Penukar Panas .............................................................................. 3 B. Shell and Tube Exchanger ................................................................... 5 C. Analisa Kinerja Heat Exchanger ......................................................... 7 BAB III. PELAKSANAAN TUGAS KHUSUS.................................................... 8 BAB IV. HASIL PERHITUNGAN ..................................................................... 14 BAB V. PEMBAHASAN .................................................................................... 15 A. Overall coefficient of heat transfer(U) ............................................... 15 B. Efektifitas Panas ( ε ) ........................................................................... 16 BAB VI. SIMPULAN DAN SARAN.................................................................. 17 A. Simpulan ............................................................................................. 17 B. Saran .................................................................................................... 17 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B

i

DAFTAR TABEL

Tabel

Halaman

Tabel 4.1 Data Desain dan Perhitungan Aktual ............................................... 14 Tabel 5.1 Laju Alir Massa Desain dan Aktual A-121-C.................................. 16

ii

DAFTAR GAMBAR

Gambar

Halaman

Gambar 2.1. Profil temperatur dan jenis aliran pada heat exchanger .................

4

Gambar 2.2. Kontruksi Shell and Tube Exchanger ............................................

6

Gambar 2.3. Tubes Layout yang umum pada HE ................................................

6

Gambar 2.4. Segmental baffle ..............................................................................

7

iii

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Heat exchanger dalam suatu industri merupakan alat yang berperan dalam penyediaan kebutuhan energi yang diperlukan pada proses produksi . Heat exchanger dapat

mempertukarkan panas sehingga energi panas yang ada

dapat termanfaatkan .

Hal ini sangat menguntungkan bagi suatu industri

karena dapat mengurangi pengeluaran untuk penyediaan kebutuhan energi yang diperlukan pada proses produksi .

Ammonia converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) dalam unit sintesis amonia Pabrik Pupuk Kujang IB merupakan salah satu heat exchanger yang menyediakan kebutuhan energi untuk menaikkan temperatur umpan ammonia converter ( ammonia converter feed ) pada bagian tube dari kisaran 49 oC menjadi 238 oC. Hal ini dilakukan dengan memanfaatkan panas dari keluaran ammonia converter (ammonia converter effluent ) pada bagian shell .

Ammonia converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) sangat berperan dalam unit sintesis amonia, karena menaikkan temperatur umpan ammonia converter ( ammonia converter feed ) sehingga sesuai dengan temperatur yang dibutuhkan untuk sintesis amonia dalam converter dengan outlet ammonia converter itu sendiri .

menggunakan

2 Seiring dengan waktu pengoperasian suatu heat exchanger , maka kinerjanya akan cenderung mengalami penurunan dan menyebabkan jumlah panas yang dipindahkan per satuan luas semakin menurun .

B. Tujuan

Adapun tujuan dari tugas khusus adalah untuk mengevalusi kinerja Ammonia converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) unit sintesis amonia PT . Pupuk Kujang IB dengan menghitung Overall Coefficient of Heat transfer (U) dan efektifitas panas ( ε ) C. Ruang Lingkup dan Batasan Masalah

Ruang lingkup masalah tugas khusus pada laporan Kerja Praktek ini adalah terbatas pada evaluasi kinerja ammonia converter feed / effluent exchanger (A-121-C) pada unis sintesis amonia , yang digunakan untuk menaikkan temperatur umpan ammonia converter ( ammonia converter feed ) sebelum masuk ke dalam ammonia converter A-105-D dengan menggunakan outlet ammonia converter ( ammonia converter effluent ) .

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)

Alat penukar panas adalah alat yang berfungsi untuk memindahkan sejumlah panas tertentu dari fluida panas ke fluida dingin . Proses perpindahan panas dapat terjadi karena adanya perbedaan temperatur antara fluida panas dengan fluida dingin yang terjadi dalam sebuah sistem . Mekanisme perpindahan panas yang terjadi pada heat exchanger berupa konduksi dan konveksi . Perpindahan panas secara konduksi terjadi akibat perpindahan momentum dari molekul

atau atom tanpa proses pencampuran

(tanpa disertai gerakan zat) yaitu terjadi pada dinding pipa atau tube . Perpindahan panas secara konveksi terjadi akibat perpindahan energi panas dari fluida panas ke fluida dingin karena pencampuran oleh gerakan fluida sampai temperatur di fluida dingin seragam . Jenis aliran pada heat exchanger terbagi dua yaitu searah (parallel flow) dan tidak searah (counterflow) . Pada aliran searah (parallel flow) fluida panas dan fluida dingin mengalir paralel dalam arah yang sama , fluida panas akan berkontak dengan fluida dingin kemudian akan mengalami penurunan temperatur yang besar, sehingga fluida dingin hanya dapat mengalami pemanasan yang kecil . Pada aliran tidak searah (counterflow) bahan panas dan dingin mengalir dalam arah yang berlawanan , fluida panas mula-mula masuk memberikan panasnya kepada fluida dingin dimana suhu keluaran fluida dingin hanya harus lebih rendah sedikit dibandingkan dengan suhu fluida panas yang masuk , sehingga fluida dingin dapat termanfaatkan dengan lebih baik dan yang dibutuhkan lebih sedikit .

4

(a)

(b)

Gambar 2.1 Profil temperatur dan jenis aliran pada heat exchanger : ( a ) searah (parallel flow) ; ( b ) tidak searah (counterflow).

Kemampuan untuk menerima panas dipengaruhi oleh 3 hal yaitu :

1. Koefisien overall perpindahan panas (U) Koefisien overall perpindahan panas menggambarkan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses konduksi dan konveksi. Faktor-faktor yang berpengaruh adalah proses perpindahan panas ,keadaan fisik fluida (densitas , viskositas, panas jenis, konduktivitas termal), dan penyusunan secara fisik. 2. Luas bidang yang tegak lurus terhadap arah perpindahan panas. 3. Selisih temperatur rata-rata logaritmik ( ∆ T LMTD).

5

B. Shell and Tube Exchanger

Heat exchanger tipe shell dan tube pada dasarnya terdiri dari berkas tube (tube bundles) yang dipasangkan di dalam shell yang berbentuk silinder. Bagian ujung dari berkas tube dikencangkan pada dudukan tube yang disebut tube sheet dan sekaligus berfungsi untuk memisahkan fluida yang mengalir di sisi shell dan di sisi tube. Pada shell and tube exchanger satu fluida mengalir di dalam tube sedang fluida yang lain mengalir di ruang antara tube bundle dan shell. Heat exchanger tipe shell and tube paling umum digunakan dalam industri karena memiliki beberapa keuntungan , diantaranya : •

Memiliki permukaan perpindahan panas per satuan volume yang lebih besar.

•

Mempunyai susunan mekanik yang baik dengan bentuk yang cukup baik untuk operasi bertekanan .

•

Tersedia dalam berbagai bahan konstruksi, dimana dapat dipilih jenis material yang dipergunakan sesuai dengan temperatur dan tekanan operasi.

•

Dapat digunakan dalam rentang kondisi operasi yang lebar.

•

Prosedur pengoperasian lebih mudah.

•

Konstruksinya dapat dipisah-pisahkan satu sama lain, tidak merupakan satu kesatuan utuh, sehingga pengangkutannya relatif mudah.

•

Mudah dalam pembersihan .

Komponen penyusun Heat Exchanger jenis shell and tube adalah : a) Shell Merupakan bagian tengah alat penukar panas dan tempat untuk tube bundle. Antara shell dan tube bundle terdapat fluida yang menerima atau melepaskan panas . b) Tube Merupakan pipa kecil yang tersusun di dalam shell yang merupakan tempat fluida yang akan dipanaskan ataupun didinginkan. Tube tersedia dalam berbagai bahan logam yang memiliki harga konduktivitas panas besar sehingga hambatan perpindahan panasnya rendah .

6

c) Tube sheet Komponen ini adalah suatu flat lingkaran yang fungsinya memegang ujung-ujung tube dan juga sebagai pembatas aliran fluida di sisi shell dan tube.

Gambar 2.2 Kontruksi Shell and Tube Exchanger

d) Tube pitch Tube pitch adalah jarak center-to-center diantara tube-tube yang berdekatan .Lubang tube tidak dapat dibor dengan jarak yang sangat dekat, karena jarak tube yang terlalu dekat akan melemahkan struktur penyangga tube. Jarak terdekat antara dua tube yang berdekatan disebut clearance. Tube diletakkan dengan susunan bujur sangkar atau segitiga seperti terlihat pada gambar berikut:

Gambar 2.3 Tubes Layout yang umum pada HE

e) Tube side channels and nozzle Berfungsi untuk mengatur aliran fluida pada sisi tube. f) Channel cover Merupakan bagian penutup pada konstruksi heat exchanger yang dapat dibuka pada saat pemeriksaan dan pembersihan alat. g) Pass divider Komponen ini berupa plat yang dipasang di dalam channel untuk membagi aliran fluida tube .

7

h) Baffle Pada umumnya tinggi segmen potongan dari baffle adalah seperempat diameter dalam shell yang disebut 25% cut segemental baffle. Baffle tersebut berlubang-lubang agar bisa dilalui oleh tube yang diletakkan pada rod-baffle . Baffle digunakan untuk mengatur aliran lewat shell sehingga turbulensi yang lebih tinggi akan diperoleh .

Gambar 2.4 Segmental baffle

C. Analisa Kinerja Heat Exchanger Untuk menganalisa kinerja suatu Heat Exchanger, parameter-parameter yang dapat dipakai adalah: 1. Overall Coefficient of Heat transfer (U) Overall heat transfer coefficient merupakan koefisien panas menyeluruh yang menunjukkan kemampuan seluruh sistem untuk memindahkan panas sehingga mempengaruhi total laju perpindahan panas . Situasi yang cukup berperan dalam perpindahan panas adalah sifat turbulensi aliran . Aliran turbulen yang memiliki bilangan Reynolds lebih besar dari 2100 memiliki laju perpindahan panas lebih besar daripada aliran laminar, sehingga kebanyakan alat penukar panas dioperasikan dalam daerah turbulen ini ( McCabe , 1987 ) . 2. Efektifitas Panas ( ε ) Efektifitas panas adalah rasio dari kuantitas panas yang dipindahkan oleh fluida terhadap nilai kuantitas panas maksimum yang dapat dipindahkan oleh fluida tersebut ( Kern , 1950 ) . Efektifitas panas dapat didefinisikan pula sebagai panas yang termanfaatkan oleh fluida terhadap panas masukan yang dapat dimanfaatkan secara maksimum .

III. PELAKSANAAN TUGAS KHUSUS

Dalam pelaksanaan tugas khusus ini, tahapan awal yang dilakukan adalah pengumpulan data-data yang diperlukan dalam perhitungan . Data spesifikasi alat diperoleh dari Heat Exchanger Specification Sheet , sedangkan data operasi diperoleh dari Laporan Analisa Harian Laboratorium Kontrol I-B dan Display Control System Monitor pada tanggal 20 Agustus 2007 .

Langkah-langkah yang di tempuh untuk mengevaluasi

kinerja Ammonia

converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) dalam pelaksanaan tugas khusus ini yaitu dengan cara menghitung Overall Coefficient of Heat transfer (U) dan efektifitas panas ( ε ) . Tahapan perhitungan : A. Menghitung Physical Properties Fluida pada bagian shell dan tube (Cp,µ,k,ρ,s) Untuk mengevaluasi kinerja ammonia converter feed / effluent exchanger (A121-C) diperlukan data properti fisis fluida , yaitu : fraksi mol ( y ) , fraksi berat ( w ) , viskositas ( µ ) , kapasitas panas ( Cp ) , konduktivitas termal ( k ) densitas ( ρ ) dan specific gravity ( s ) .Data properti fisis fluida untuk fluida nonviscous ( µ < 1 cp ) dihitung pada suhu rata-rata fluida ( Kern , 1950 ) . Berdasarkan Heat Exchanger Specification Sheet , viskositas fluida pada ammonia converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) berada pada range 0,0168 – 0,0224 cp , sehingga data properti fluida dihitung pada suhu rata-rata (Tav dan t av) Tav =

T1 + T2 .......................................................................... (Kern , 1950) 2

9

1. Perhitungan fraksi mol ( yi ) dan fraksi berat ( wi ) Perhitungan fraksi mol ( yi ) dan fraksi berat ( wi ) dihitung berdasarkan % volume fluida . •

Volum fluida

= % volum x basis perhitungan

•

Mol

= volum ÷ 22,4

•

% Mol ( yi )

=

mol i ∑ mol

i

•

Massa

= mol x BM

•

% Massa ( wi )

=

massa

i

∑ massa

i

2. Perhitungan kapasitas panas ( Cp ) •

Menghitung kapasitas panas komponen ( Cp ) : Cp = A +BT + CT2 + DT3 ................................... (Coulson , 1989 ) A, B, C, dan D diperoleh dari App.D Coulson Atau Cp komponen dapat dilihat dari figure . 3 ( Kern , 1950 )

•

Menghitung Cp campuran (Cp mix ) Cp mix = ya Cpa + yb Cpb + yc Cp c ....................... (Coulson , 1989 )

3. Perhitungan viskositas ( µ ) •

Menghitung viskositas komponen ( µ ) : µ tiap komponen diperoleh dari figure .15 Kern

•

Menghitung viskositas campuran ( µ mix ) :

1

µ

=

mix

w1

µ1

+

w2

µ2

............................................... (Coulson , 1989 )

Dimana : w1 , w2= fraksi massa komponen 1 dan 2 µ1 , µ2 = viskositas komponen 1 dan 2 4. Perhitungan konduktivitas termal ( k ) •

Menghitung konduktivitas termal komponen ( k ) : k

tiap komponen diperoleh dari interpolasi tabel . 5

program chemCAD

Kern dan

10 •

Menghitung konduktivitas termal campuran ( k mix ) : k mix = k1 w1 + k2 w2 ............................................ (Coulson , 1989 ) Dimana : w1 , w2= fraksi massa komponen 1 dan 2 k1 , k2 = konduktivitas termal komponen 1 dan 2

B . Menghitung neraca panas fluida ( Q s = Q t )

Q shell = W Cp ∆ T ............................................................. ( Kern , 1950 ) Q tube = w cp ∆ t ................................................................. ( Kern , 1950 ) B. Menghitung beda temperatur rata-rata logaritmik (∆t LMTD) C

∆t = FT x LMTD LMTD =

(T1 − t 2 ) − (T2 − t1 ) .................................... ( Kern, 1950 ) ln{ (T1 − t 2 ) / (T2 − t1 )}

Lewatan shell dan tube yaitu 1 pass maka tidak ada faktor koreksi (FT) terhadap LMTD, sehinga ∆t = LMTD .............................................................. ( Kern, 1950 ) D. Menghitung Temperatur Kalorik (Tc dan tc)

Temperatur kalorik ditafsirkan sebagai temperatur rata-rata fluida yang terlibat dalam pertukaran panas di dalam penukar panas. Tc = T2 + Fc (T1 − T2 ) ............................................................. ( Kern, 1950 ) t c = t1 + Fc (t 2 − t1 ) ................................................................ ( Kern, 1950 )

Dari Fig.17 Kern didapat harga K c dan Fc dengan perbandingan

∆tc ∆th

∆t c T2 − t1 ........................................................................ ( Kern, 1950 ) = ∆t h T1 − t 2

Tetapi jika nilai viskositas kedua fluida kurang dari 1 (µ < 1) maka temperatur kalorik sama dengan temperatur rata-ratanya (Tc = Tav dan tc = tav) dan nilai Φ s = 1 ; Φt = 1 .

11

E . Menghitung Koefisien Perpindahan Panas pada Bagian Tube (hi dan hio) a) Menghitung daerah aliran yang tegak lurus di dalam Tube (at)

Nt ⋅ a' t .................................................................... ( Kern, 1950 ) 144 ⋅ n

at =

Dimana: N T = Jumlah tube a' t = Flow area per tube (in 2), diperoleh dari Tabel 10 Kern n = Jumlah tube passes

b) Menghitung laju alir fluida dingin (Gt) G t=

w at

( Kern , 1950)

Gt = mass velocity fluida dingin

c)

Menghitung Reynold Number (Ret) Ret =

D.Gt

µ

..................................................................... ( Kern, 1950 )

Ret = Bilangan Reynold pada bagian tube (tidak bersatuan) D = ID tube (ft) , diperoleh dari Tabel 10 Kern

d) Menghitung nilai Thermal Function 1

⎛ cP ⋅ µ ⎞ 3 ⎟ ....................................................................... ( Kern, 1950 ) ⎜ ⎝ k ⎠

e) Perhitungan Inside Film Coefficient( ho) hi = 0,023 ( N Re )

0 ,8

⎛ cµ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠

1/ 3

k Φ t ............................. ( McCabe , 1987 ) D

12

F . Menghitung Koefisien Perpindahan Panas pada Bagian Shell ( ho ) a) Menghitung cross flow area pada bagian shell ( as )

ID x C ' x B .............................................................. ( Kern, 1950 ) PT

as =

Dimana: ID = Diameter bagian dalam shell C’ = Clearance = PT – OD tube PT = Tube Pitch B = Baffle Spacing f) Shell side equivalent diameter ( De ) Untuk Triangular Pitch :

[

(

)]

4 x 1 PT x 0,86 PT − 1 1 π do 2 2 4 2 De = ..................... ( Kern , 1950) 1 π do 2 do = Outside Diameter tube

g) Menghitung laju alir fluida dingin (Gs) Gs =

W .......................................................................... ( Kern , 1950) aS

G s = mass velocity fluida pada sisi bagian shell a s = cross flow area pada bagian shell h) Menghitung Reynold Number (Ret) Res =

De.Gs

µ

................................................................... ( Kern, 1950 )

Res = Bilangan Reynold pada bagian shell (tidak bersatuan) De = Shell side equivalent diameter i) Menghitung nilai Thermal Function 1

⎛ cP ⋅ µ ⎞ 3 ⎜ ⎟ ....................................................................... ( Kern, 1950 ) ⎝ k ⎠

13

j)

Perhitungan Outside Film Coefficient( ho)

ho = 0,023 ( N Re )

0 ,8

⎛ cµ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠

1/ 3

k Φ s ........................... ( McCabe , 1987 ) De

G . Menghitung Overall Coefficient of Heat transfer (U)

Berdasarkan luas permukaan bagian dalam ( Ui ) Ui =

1 x 1 + w hi K m

⎛ ID ⎜⎜ ⎝ DL

⎞ 1 ⎛ ID ⎞ ⎟⎟ + ⎟ ⎜ ⎠ ho ⎝ OD ⎠

.................................. ( McCabe , 1987 )

Berdasarkan luas permukaan bagian luar ( Uo ) 1 ................................. ( McCabe , 1987 ) Uo = x w ⎛ OD ⎞ 1 ⎛ OD ⎞ 1 ⎟+ ⎜ ⎜ + ⎟ ho K m ⎜⎝ D L ⎟⎠ hi ⎝ ID ⎠ Dimana : K m = konduktivitas termal material ( Tabel 3 Kern ) OD − ID ⎛ OD ⎞ Ln⎜ ⎟ ⎝ ID ⎠ x w = Thickness tube

DL =

H . Menghitung efektifitas panas ( ε )

ε=

WCp (T1 − T2 ) ................................................................. ( Kern, 1950 ) WCp (T1 − t1 )

IV. HASIL PERHITUNGAN

Perbandingan data desain dan perhitungan aktual dari evaluasi kinerja Ammonia Converter Feed / Effluent Exchanger (A-121-C ) pada tanggal 20 Agustus 2007 , dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 4.1 Data Desain dan Perhitungan Aktual . Data

Desain

Aktual

Shell

Tube

Shell

Tube

Temperatur inlet, C

261,5

49

242,24

53,43

o

63,81

238,4

66,2461

220,105

o

Temperatur outlet, C U , kcal/h m 2 o C

779

Ui = 623 , 94 Uo = 501,1159

% efektifitas panas (ε)

93,03

93,21

V. PEMBAHASAN

Ammonia converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) pada unit sintesis amonia adalah heat exchanger yang berfungsi menaikkan temperatur umpan pada ammonia converter ( ammonia converter feed )

,

sehingga sesuai dengan

temperatur yang dibutuhkan untuk sintesis amonia dalam converter . Energi yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur umpan converter pada bagian tube ini diperoleh dari pertukaran panas menggunakan keluaran ammonia converter (ammonia converter effluent ) yang mengalir di dalam shell heat exchanger .

Kinerja yang baik dari heat exchanger

A-121-C diperlukan agar temperatur

umpan ammonia converter sesuai dengan yang dibutuhkan pada sintesis amonia di dalam converter . Untuk mengetahui kelayakan operasinya maka kinerja heat exchanger harus senantiasa dievaluasi . Evaluasi ini dapat dilakukan terhadap nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh (U ) dan efektifitas panas (ε) .

A . Overall coefficient of heat transfer ( U )

Koefisien perpindahan panas menggambarkan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin . Faktor-faktor yang berpengaruh adalah proses perpindahan panas

, data properti fisis fluida (densitas,

viskositas, panas jenis, konduktivitas termal , specific gravity ) pada temperatur rata-rata , laju alir massa dan mass velocity .

16

Berdasarkan perhitungan , nilai Overall coefficient of heat transfer ( U ) aktual pada bagian dalam ( Ui ) yaitu 623 , 94 kcal / h m2 oC dan pada bagian luar ( Uo ) yaitu 501,1159 kcal / h m2 oC sedangkan nilai overall coefficient of heat transfer ( U ) desain yaitu sebesar 779 kcal/h m2oC . Adanya penurunan koefisien perpindahan panas menyeluruh ini menunjukkan sudah terdapat pengotor pada A-121-C yang tentu saja akan mengurangi laju perpindahan panas antara ammonia converter feed dan ammonia converter effluent .

B. Efektifitas Panas ( ε ) Efektifitas panas dapat didefinisikan pula sebagai panas yang termanfaatkan oleh fluida terhadap panas masukan yang dapat dimanfaatkan secara maksimum . Berdasarkan perhitungan diperoleh efektifitas panas aktual sebesar 93,21 % sedangkan efektifitas panas desain yaitu 93,03 % . Hal ini menunjukkan bahwa panas masukan dapat termanfaatkan cukup baik , dimana dapat dilihat nilai efektifitas panas pada kondisi aktual sedikit lebih besar dibandingkan dengan keefektifan panas pada kondisi desain . Laju alir massa pada A-121-C pada keadaan aktual terdapat peningkatan yang cukup besar , hal ini dapat dilihat pada Tabel 5.1 . Hal ini berpengaruh pada efektifitas panas pada keadaan aktual yang masih baik . Walaupun Overall coefficient of heat transfer ( U ) pada keadaan aktual lebih kecil dibandingkan desain , tetapi suplai laju alir massa pada keadaan aktual yang lebih besar , memberikan panas masukan yang lebih banyak sehingga panas yang dapat termanfaatkan oleh fluida menjadi lebih banyak pula . Tabel . 5.1 Laju Alir Massa Desain dan Aktual A-121-C Spesifikasi Laju alir massa ( kg/h )

Desain Shell ( W ) Tube ( w ) 196.040 196.040

Aktual Shell ( W ) Tube ( w ) 252.624,5262 245.773,11

VI . SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Berdasarkan data hasil perhitungan dan pembahasan pada Ammonia Converter Feed / Effluent Exchanger (A-121-C ) , dapat disimpulkan, bahwa :

1. Koefisien perpindahan panas menyeluruh (U) Ammonia Converter Feed / Effluent Exchanger(A-121-C)pada kondisi aktual mengalami penurunan yaitu pada bagian dalam ( Ui ) 623 , 94 kcal / h m2 oC dan pada bagian luar ( Uo ) yaitu 501,1159 kcal / h m2 oC , dibawah kondisi desain sebesar 779 kcal / h m2 oC .

2. Efektifitas panas (ε) Ammonia Converter Feed/Effluent Exchanger (A-121-C) masih sangat baik dimana perhitungan ε pada kondisi aktual sebesar 93,21 % sedikit lebih tinggi dari efektifitas panas pada kondisi desain sebesar 93,03 %.

B. Saran 1. Nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh (U) pada kondisi aktual yang lebih rendah dari kondisi desain menunjukkan kinerja Ammonia Converter Feed/Effluent Exchanger mengalami penurunan yang ditimbulkan oleh adanya pengotor pada permukaan perpindahan panas , sehingga dapat diminimalisasi dengan melakukan pembersihan pada exchanger . 2. Akan tetapi ditinjau dari efektifitas panas (ε) Ammonia Converter Feed/Effluent Exchanger (A-121-C) dimana nilai pada kondisi aktual lebih tinggi dari kondisi desain , menunjukkan bahwa panas masukan masih dapat termanfaatkan cukup baik sehingga harus tetap dipertahankan .

DAFTAR PUSTAKA

Coulson, J.M., and Richardson,J.F. 1989. Chemical Engineering . Pergamon Press,Inc . New York . Vol .6. Geankoplis and J. Christi, 1993. Transport Processes and Unit Operation, Prantice-Hall International Inc, United States of America, Third Edition. Hewitt, G.F. Process Heat Transfer . 1977. Mc Graw Hill Book Company. CoSingapore . International Edition . Incopera, Frank P and Dewwit, David, 1999. Fundamental of Heat and Mass Transfer. John Wiley and Sons Inc . New York . Fifth Edition . Kern, Donald Q. 1950. Process Heat Transfer . Mc Graw Hill Book Company. New York. Lienhard IV , John H and John H Lienhard V . 2001 . A Heat Transfer Textbook Third Edition . Phlogiston Press . Cambridge Massachusetts . Perry, R.H. and Green, D .1999 . Perry’s Chemical Engineerings Hand Book, 6th ed . Mc Graw-Hill Book Company, New York. Purba, Elida. 2005. Diktat Kuliah Alat Penukar Panas. Universitas Lampung. Bandar Lampung. Smith , J.M . H . C . Van Ness and M.M . Abbott . 2001 .Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics Sixth Edition . Mc Graw Hill Book Company Singapore .

LAMPIRAN A Perhitungan Evaluasi Kinerja A-121-C “Ammonia Converter Feed/Effluent Exchanger” Tanggal 20 Agustus 2007

Perhitungan Evaluasi Kinerja A-121-C “Ammonia Converter Feed/Effluent Exchanger” Tanggal 20 Agustus 2007

Spesifikasi Peralatan (Heat Exchanger Specification Sheet ) : Item

Spesifikasi

Lewatan shell , pass

1

Lewatan tube , pass

1

ID shell (Ds) , mm

1.200

Jumlah tube (NT) , buah

2.457

Panjang tube , mm

20.422

OD tube (Do) , mm

12,7

Thickness tube , mm

1,24

Tube pitch (PT) , mm

17,5

Baffle spacing (Lb) , mm

1.194

Jumlah baffle , buah % baffle cut , % Panjang shell , mm

16 23,5 20.422

Tube-to-baffle diametral clearance (∆tb), mm

0,4

Number of sealing strips , buah

16

Tekanan operasi shell , kg/cm2G

140

Tekanan operasi tube , kg/cm2G

143,8

Fluida panas dalam shell

Ammonia Converter Effluent

Fluida panas dalam tube

Ammonia Converter Feed

Data Kondisi Operasi Aktual pada 20 Agustus 2007

Display Control System Monitor

Kondisi

item 3

laju alir fluida panas ( W ) , kNm /h

474,457

o

242,24

o

66,2461

o

53,4323

o

220,105

suhu masuk fluida panas (T1) , C suhu keluar fluida panas (T2) , C suhu masuk fluida dingin (t1) , C suhu keluar fluida dingin (t2) , C

Laporan Analisa Harian Laboratorium Kontrol I-B

Komponen

% Volum Inlet ( tube )

Shift(WIB) 07.00

15.00

23.00

Outlet ( Shell ) Avg

07.00

15.00

23.00 6,8

Avg

Argon

5,94

5,83

6,16

5,9767

6,71

6,58

N2

20,70

20,22

21,18

20,7

16,74

16,58

16,73 16,683

4,5

4,39

4,27

4,3867

5,08

4,89

4,91

4,96

H2

67,43

68,08

66,94 67,4833

55,9

56,21

55,86

55,99

NH3

1,43

1,48

1,45

15,57

15,74

15,7

15,67

CH4

1,4533

6,697

A. Menghitung Physical Properties Fluida pada bagian shell dan tube (Cp,µ,k,ρ,s)

Data Properti fisis fluida pada bagian shell 1. Perhitungan fraksi mol ( yi ) , fraksi berat ( wi ) dan T avg •

Perhitungan fraksi mol ( yi ) Komponen %Volavg

Vol

Mol

Fraksi

(basisx%vol) (vol÷22,4) mol (yi) Argon

6,697

6,697

0,29897 0,06697

N2

16,683

16,683

0,744776 0,16683

CH4

4,96

4,96

0,221428

0,0496

H2

55,99

55,99

2,4995

0,5599

NH3

15,67

15,67

0,69955

0,1567

100

100

4,46405

1

Total ∑ Basis = 100 liter •

Perhitungan fraksi massa ( wi ) Komponen

BM

Massa

Fraksi massa

(molxBM)

( w i)

Argon

0,29897 39,948

11,9433

0,224

N2

0,744776 28,013

20,8634

0,391

CH4

0,221428 16,043

3,5524

0,067

2,016

5,0389

0,0945

0,69955 17,031

11,914

0,2235

4,46405

53,312

1

H2

2,4995

NH3 Total ∑ •

Mol

Perhitungan T avg Tavg

=

T1 + T2 2

=

242,24 o C + 66,2461o C 2

= 154,24305 oC = 309,63799 oF = 427,39305 K

2. Perhitungan kapasitas panas ( Cp ) •

Menghitung kapasitas panas komponen ( Cp ) : Cp Argon = A +BT + CT2 + DT3 ........................ (Coulson , 1989 ) A,B,C,D diperoleh dari App.D Coulson dan T = 427,39305 K A = 20,804 ; B = -3,211 x 10-5 ; C = 5,166 x 10 -8 ; D = 0 Cp Argon = 20,804 +-3,211 x 10-5 T + 5,166 x 10 -8T2 + 0 T3 = 20,799 J/mol K = 0,5207 J/g K = 520,7 J/Kg K = 0,1244 Btu/lb oF Cp komponen N2 CH4 H2 NH3 diperoleh dari figure . 3 Kern , 1950 Komponen

•

Fraksi massa(wi)

Cp i ( Btu/lb oF)

Argon

0,224

0,1244

N2

0,391

0,255

CH4

0,067

0,64

H2

0,0945

3,45

NH3

0,2235

0,555

Menghitung Cp campuran (Cp mix ) = wa Cpa + wb Cpb + wc Cp c

Cp mix

= ∑ wi Cpi = 0,621 Btu/lboF =0,621 kcal/Kg oC 3. Perhitungan viskositas ( µ ) •

Menghitung viskositas komponen ( µ ) : µ tiap komponen diperoleh dari figure .15 Kern Komponen

Fraksi massa( wi)

µ i ( cp )

Argon

0,224

0,0289

N2

0,391

0,023

CH4

0,067

0,0145

H2

0,0945

0,0113

NH3

0,2235

0,0145

•

Menghitung viskositas campuran ( µ mix ) :

1

µ

=

mix

w1

µ1

+

w2

µ2

= 0,018815 cp = 0,018815 x 10-3 Kg/m s = 0,04553 lb / ft h 4. Perhitungan konduktivitas termal ( k ) •

Menghitung konduktivitas termal komponen ( k ) : k

tiap komponen diperoleh dari interpolasi tabel . 5

Kern dan

program chemCAD Fraksi massa( wi)

Komponen

•

k i ( Btu/h ft oF )

Argon

0,224

0,01358

N2

0,391

0,02041

CH4

0,067

0,02931

H2

0,0945

0,14075

NH3

0,2235

0,02155

Menghitung konduktivitas termal campuran ( k mix ) : k mix

= k1 w1 + k2 w2 = ∑ ki wi = 0,031099 Btu / h ft oF = 1,28641 x 10 -4 cal / s cm oC = 0,046 kcal / h m oC

Data Properti fisis fluida pada bagian tube

1. Perhitungan fraksi mol ( yi ) , fraksi berat ( wi ) dan T avg •

Perhitungan fraksi mol ( yi ) Komponen %Volavg

Vol

Mol

Fraksi

(basisx%vol) (vol÷22,4) mol (yi) Argon

5,9767

5,9767

0,2668

0,0598

20,7

20,7

2,9241

0,207

CH4

4,3867

4,3867

0,1958

0,0439

H2

67,4833

67,4833

3,0126

0,6748

NH3

1,4533

1,4533

0,0649

0,0145

100

100

4,4642

1

N2

Total ∑ Basis = 100 liter

•

Perhitungan fraksi massa ( wi ) Komponen

BM

Massa

Fraksi massa

(molxBM)

( w i)

Argon

0,2668 39,948

10,6581

0,2274

N2

2,9241 28,013

25,8868

0,5524

CH4

0,1958 16,043

3,1412

0,067

3,0126

2,016

6,0734

0,1296

0,0649 17,031

1,1053

0,0236

46,8648

1

H2 NH3 Total ∑ •

Mol

4,4642

Perhitungan t avg tavg

=

t1 + t 2 2

=

53,43 o C + 220,105 o C 2

= 136,7675 oC = 278,1814999 oF = 409,9175 K 2. Perhitungan kapasitas panas ( Cp ) •

Menghitung kapasitas panas komponen ( Cp ) : Cp Argon = A +BT + CT2 + DT3 A,B,C,D diperoleh dari App.D Coulson dan t = 409,9175 K A = 20,804 ; B = -3,211 x 10-5 ; C = 5,166 x 10 -8 ; D = 0 Cp Argon = 20,804 +-3,211 x 10-5 T + 5,166 x 10 -8T2 + 0 T3 = 20,7995 J/mol K = 0,52066 J/g K = 520,6648 J/Kg K = 0,12436 Btu/lb oF Cp komponen N2 CH4 H2 NH3 diperoleh dari figure . 3 Kern , 1950 Komponen

Fraksi massa(wi)

Cp i ( Btu/lb oF)

Argon

0,2274

0,12436

N2

0,5524

0,2496

CH4

0,067

0,61368

H2

0,1296

0,35

NH3

0,0236

0,54835

•

Menghitung Cp campuran (Cp mix ) Cp mix

= wa Cpa + wb Cpb + wc Cp c = ∑ wi Cpi = 0,674 Btu/lboF =0,674 kcal/Kg oC

3. Perhitungan viskositas ( µ ) •

Menghitung viskositas komponen ( µ ) : µ tiap komponen diperoleh dari figure .15 Kern Komponen

•

Fraksi massa( wi)

µ i ( cp )

Argon

0,2274

0,02913

CH4

0,067

0,014459

H2

0,1296

0,011046

N2

0,5524

0,022536

NH3

0,0236

0,0141998

Menghitung viskositas campuran ( µ mix ) : 1

µ

=

mix

w1

µ1

+

w2

µ2

= 0,01986 cp = 0,01986 x 10-3 Kg/m s = 0,048 lb / ft h

4. Perhitungan konduktivitas termal ( k ) •

Menghitung konduktivitas termal komponen ( k ) : k

tiap komponen diperoleh dari interpolasi tabel . 5

program chemCAD Komponen

Fraksi massa( wi)

k i ( Btu/h ft oF )

Argon

0,2274

0,0132

N2

0,5524

0,0190426

CH4

0,067

0,0298

H2

0,1296

0,126799

NH3

0,0236

0,02263

Kern dan

•

Menghitung konduktivitas termal campuran ( k mix ) : k mix

= k1 w1 + k2 w2 = ∑ ki wi = 0,032 Btu / h ft oF = 1,3435 x 10 -4 cal / s cm oC = 0,0484 kcal / h m oC

B. Menghitung Neraca Panas Fluida (Qs =Qt)

•

Shell

W = 475,457 kNm3/h = 475.457 k N liter / h = 475.457 / 22,4 Kgmol / h x BM = 21.225,759 Kgmol / h x 11,90179 Kg/Kgmol = 252.624,5262 Kg/h = 70,1735 Kg / s Qs = W x Cp x (T1-T2 ) = 252.624,5262 kg / hr x 0,621 kcal/Kg oC x (242,24oC-66,2461oC) = 27.609.893,25 kcal / h = 109.563.068,4 Btu / h •

Tube

Qt = w x cp x (t2-t1) w =

27.609.893,25 kcal / h Q = Cp.(t2 − t1 ) (0,674 kcal/Kg o C )(220,105 o C − 53,43 o C )

= 245.773,11 Kg/h = 541.831,4 lb/h

C . Menghitung beda temperatur rata-rata logaritmik (∆t LMTD.)

∆t = FT x LMTD Untuk alat perpindahan panas dengan aliran counterflow : LMTD =

(T1 − t2 ) − (T2 − t1 ) (T − t ) ln 1 2 (T2 − t1 )

(242,24 − 220,105) − (66,2461 − 53,43) = 17,0533 oC (242,24 − 220,105) ln (66,2461 − 53,43)

LMTD =

Lewatan shell dan tube yaitu 1 pass maka tidak ada faktor koreksi (FT) terhadap LMTD, sehinga

∆t = LMTD = 18,6378 oC

D. Menghitung Temperatur Kalorik (Tc dan tc)

viskositas kedua fluida kurang dari 1 ( µ < 1 cp ) maka temperatur kalorik sama dengan temperatur rata-ratanya (Tc = Tav dan tc = tav) dan nilai Φ s = 1 ; Φt = 1

E. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas dan Pressure Drops (∆PT) pada bagian Tube (Metode Kern) 1. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas (hi dan hio) a) Menghitung daerah aliran yang tegak lurus di dalam Tube (at)

Nt ⋅ a' t 144 ⋅ n

at =

a' t = 0,127 in2 ( Tabel 10 Kern )

at =

2457 × 0,127 = 2,167 ft2 144 ×1

b) Menghitung mass velocity fluida dingin (Gt) Gt

=

w at

Gt

=

541.831,4 lb/h = 250.037,56 lb / ft2 h 2 2,167 ft

Gt = mass velocity fluida dingin (lb/hr.f2) c) Menghitung Reynold Number (Ret) Ret =

=

•

D.Gt

µ 0,0335 ft × 250.037,56 lb / ft 2 h 0,048 lb / ft.h

Thickness tube = 1,24 mm = 0,049 in

= 174.505,38

•

D = ID tube = 0,402 in = 0,0335 ft = 0,0102 m ( Tabel 10 Kern )

d) Menghitung nilai Thermal Function

⎛ cP ⋅ µ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠

1

1

3

⎛ 0,674 Btu / lb o F × 0,048 lb / ft.h ⎞ 3 ⎟⎟ = 1,004 = ⎜⎜ 0,032 Btu / h. ft.o F ⎝ ⎠

e) Perhitungan Corrected Inside Film Coefficient( hio) 0 ,8 ⎛ cµ ⎞ hi = 0,023 ( N Re ) ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠

1/ 3

= 0,023 (174.505,38)

k Φt D

0 ,8

⎛

(1,004) ⎜⎜ 0,0484 kcal / hm ⎝

0,0102 m

o

C⎞ ⎟⎟ .1 ⎠

= 1710,62 kcal/m2 h oC

F. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas pada Bagian Shell ( ho )

a) Menghitung cross flow area pada bagian shell ( as )

as =

ID x C ' x B PT

as =

1,2 m x 0,0048 m x 1,194 m = 0,39299 0,0175 m

Dimana: C’ = PT – OD = 0,0175 m – 0,0127 m = 0,0048 m f) Shell side equivalent diameter ( De ) Untuk Triangular Pitch :

[

(

)]

4 x 1 PT x 0,86 PT − 1 1 π do 2 2 4 2 ..................... ( Kern , 1950) De = 1 π do 2

[

(

4 x 1 .0,0175 x 0,86 .0,0175 − 1 1 π 0,0127 2 2 4 2 De = 1 π 0,0127 2

)]

= 0,02629 m g) Menghitung laju alir fluida dingin (Gs) Gs =

252.624,5262 kg / h W = = 642.816,1072 kg/h m2 2 aS 0,39299 m

h) Menghitung Reynold Number (Ret) Res =

De.Gs

µ

0,02629 m x 642.816,1072 kg / hm 2 x 1h

=

−3

3.600 s

0,018815 x 10 kg / ms

= 249.500,0363 i) Menghitung nilai Thermal Function 3600s ⎛ 1 0,621 kcal/Kg o C × 0,018815x 10 -3 Kg/m s × ⎜ 3 ⎛ cP ⋅ µ ⎞ 1h ⎜ ⎟ =⎜ o ⎜ 0,046 kcal / h m C ⎝ k ⎠ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

1

3

= 0,9706 Perhitungan Outside Film Coefficient( ho)

j)

0 ,8 ⎛ cµ ⎞ ho = 0,023 ( N Re ) ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠

1/ 3

ho = 0,023 (249.500,0363)

k Φs De

0 ,8

(0,9706)

0,046kcal / hm o C .1 0,02629m

= 811,7026 kcal/m2 h oC

G . Menghitung Overall Coefficient of Heat transfer (U)

Berdasarkan luas permukaan bagian dalam ( Ui ) Ui =

=

1 x 1 + w hi K m

⎛ ID ⎜⎜ ⎝ DL

⎞ 1 ⎛ ID ⎞ ⎟⎟ + ⎟ ⎜ ⎠ ho ⎝ OD ⎠

1 1 0,00124 m ⎛ 0,0102 m ⎞ 1 ⎛ 0,0102 m ⎞ + ⎜ ⎟+ ⎜ ⎟ 1710,62kcal / m 2 h oC 38,69kcal / mh oC ⎝ 0,0114 m ⎠ 811,7026 kcal / m 2 h oC ⎝ 0,0127 m ⎠

= 623 , 94 kcal/m2 h oC Berdasarkan luas permukaan bagian luar ( Uo ) 1 Uo = x ⎛ OD ⎞ 1 ⎛ OD ⎞ 1 ⎟+ ⎜ + w ⎜⎜ ⎟ ho K m ⎝ D L ⎟⎠ hi ⎝ ID ⎠ =

1 1 0,00124 m ⎛ 0,0127 m ⎞ 1 ⎛ 0,0127 m ⎞ + ⎜ ⎟+ ⎜ ⎟ 811,7026 kcal / m 2 h oC 38,69kcal / mh oC ⎝ 0,0114 m ⎠ 1710,62kcal / m 2 h oC ⎝ 0,0102 m ⎠

= 501,1159 kcal/m2 h oC

Dimana : K m = k steel = 26 Btu / h ft oF = 38,69 kcal/h m oC ( Tabel 3 Kern ) DL =

OD − ID 0,0127 − 0,0102 = = 0,0114 m ⎛ OD ⎞ ⎛ 0,0127 ⎞ Ln⎜ Ln⎜ ⎟ ⎟ ⎝ ID ⎠ ⎝ 0,0102 ⎠

x w = Thickness tube= 1,24 mm = 0,00124 m H . Menghitung efektifitas panas ( ε )

ε=

WCp (T1 − T2 ) (T1 − T2 ) = WCp (T1 − t1 ) (T1 − t1 )

Efektifitas Panas ( ε ) Desain =

ε

Desain

=

(261,5 − 63,81) = 0,9303 x 100% = 93,03 % (261,5 − 49)

Efektifitas Panas ( ε ) Aktual =

ε

Aktual

=

(242,24 − 66,2461) (242,24 − 53,4323)

= 0,9321 x 100% = 93,21 %

LAMPIRAN B “Aliran Fluida pada “Ammonia Converter Feed / Effluent Exchanger ( A-121-C )” “Heat Exchanger Specification Sheet”

“Laporan Analisa Harian Laboratorium Kontrol I-B”

“Display Control System Monitor Report”

Gambar Aliran sekitar A-121-C

BAGIAN LABORATORIUM

No. Form

BIRO PENGAWASAN PROSES

Tanggal Terbit

: LAB :

LAPORAN ANALISA HARIAN LAB. KONTROL I-B PABRIK AMMONIA K-IB A-144F, IN

ANALISA

ANALISA

Natural Gas

JAM

07

JAM

A-101-B, Catalyst 07

15

Halaman

:

No. Revisi

:

Tanggal

:

20 AGUSTUS 2007

Group

:

C /A/D

A-102-C, Shell Side

23

07

15

23

A 104-D2 HTS

LTS

102-F

102-E

absbr

07

CO2 07

CO2

vol, %

2.40

CO2

vol, %

11.06

10.55

10.81

8.90

8.08

8.19

17.03

18.85

TRC

98.84

H2

vol, %

trc

CO

vol, %

8.27

8.31

8.33

10.93

11.45

11.13

2.00

0.15

0.19

TRC

Ar

vol, %

0.03

Ar

vol, %

0.01

0.03

0.02

0.28

0.27

0.26

0.04

N2

vol, %

1.68

N2

vol, %

0.63

0.78

0.62

23.07

21.56

21.59

0.31

CH4

vol, %

94.27

CH4

vol, %

11.04

11.00

10.05

0.21

0.20

0.16

TRC

C2H6

vol, %

0.97

H2

vol, %

68.99

69.33

70.17

56.61

58.44

58.67

0.81

C3H8

vol, %

0.40

108 DA/B

109 DA/B

OUT

OUT

100.00

100.00

108-D ANALISA

101BJ

101-B

124-J

113-J

vol, %

0.09

n-C4

vol, %

0.10

JAM

i-C5

vol, %

0.04

CO2

vol, %

NH3

wt, %

99.98

99.98

n-C5

vol, %

0.02

O2

vol, %

H2O

wt, %

0.02

0.02

H2S

vol,ppm

H2O

OUT

ANALISA

i-C4

3.56

IN

AMMONIA

FLUE GAS

21

16

19

JAM

07

vol, ppm

Fe

wt, ppm

H2

vol, %

Oil

wt, ppm

H2S

vol, ppm

2.34

trc

trc

A-121-C ANALISA

104-F

INLET JAM

15 vol, % vol, % vol, % vol, % vol, % vol, %

CO2 CO Ar N2 CH4 H2

07

15

S1029C

OUTLET 23

07

15

23

S1065C

103-E

104-E

IN

15

OUT 15

5.94

5.83

6.16

6.71

6.58

6.80

13.67

2.98

9.52

8.23

8.21

24.31

24.53

20.70

20.22

21.18

16.74

16.58

16.73

59.06

5.28

17.87

18.85

21.26

0.69

0.40

4.50

4.39

4.27

5.08

4.89

4.91

17.48

1.34

5.37

5.78

5.76

73.88

74.49

67.43

68.08

66.94

55.90

56.21

55.86

9.79

90.40

67.24

65.24

64.77

1.43

1.48

1.45

15.57

15.74

15.70

1.90

34

3.26

3.37

3.16

3.34

3.39

3.34

3.04 101-U , Out

ppm

A-101 -F

ANALISA

aMDEA Deaerator

Blow Down

15

23

07

15

23

JAM

-

9.6

9.4

9.7

9.3

9.3

9.5

a MDEA

Cond

µmh os

3.0

3.0

4.0

4.0

5.0

13.0

T. Fe

PO4

ppm

0.21

0.21

0.21

F. Test

H-6060

ppm

SiO2

ppm

0.07

Cl-

ppm

0.00

Fe

ppm

0.00

0.000

107-J

A-108-J, suc

OUT

07

pH

S1058C

104-E

0.58

3.04

JAM

Fuel Gas

1.12

NH3, vol, %, ppm Ratio H2/N2

103-L

114-C

C.Time pH

07

15

23

wt, %

42.55

40.18

40.01

39.93

wt,ppm

10.8

9.6

9.6

9.2

ml

170

190

180

190

10

12

12

13

Sec

11.0

AIR BUANGAN

ANALISA A3 JAM

15

PH

8.6

NH3

wt, ppm

2.36

UREA

wt, ppm

-

To : Ka. Bag. Teknik Proses Cc :

Ka.Bid. Laboratorium Control Shift Pagi : …………………………………

- Ka. Biro Peng. Proses - Ka. Divisi K-IB

Shift Sore : …………………………………

- Ka. Bag. Ammonia I-B - Arsip

Shift Malam : ………………………………