LAPORAN KERJA PRAKTEKPT PETROKIMIA GRESIK, JAWA TIMUR
LAPORAN KERJA PRAKTEKPT PETROKIMIA GRESIK, JAWA TIMUR
-BAB IIIMETODOLOGI
3.1.PENGUMPULAN DATALangkah awal dalam mencapai tujuan meninjau
dan mendesain proses penggunaan Etilen Glikol pada Ammonia
Preheater E104 dan Air Chiller E-105. adalah pengumpulan data
primer maupun sekunder.1. Pengumpulan Data PrimerData primer
digunakan adalah data yang diperoleh dari data-dataaktual pabrik
Phonska I pada tanggal05 Januari 30 januari 20152. Pengumpulan Data
SekunderPengumpulan data sekunder diperoleh dari data literature
dan buku3.2.PENGOLAHAN DATA Data-data primer dan sekunder yang
telah dikumpulkan, diolah datanya untuk mengetahui:3.2.1. Heat
Energy (Q)Energi kalor (Heat Energy) merupakan energi yang
menunjukkan tingkatan kecepatan gerak acak dari suatu molekul atau
suatu atom. Dalam hal ini, kalor berpindah dari permukaan suatu
sistem yang bersuhu tinggi ke sistem yang temperaturnya lebih
rendah sehingga tingkat energi kalor suatu benda diindikasikan
dengan temperatur benda tersebut. Untuk laju kalor dari energi
kalor sendiri dapat dinyatakan dalam persamaan neraca panas
:Persamaan Umum Neraca Panas Sistem Terbuka H + Ek+ Ep = Q + WsQ =
H + Ek+ Ep- WsQ=n (Hout- Hin) + (Ekout- Ekin)+ (Epout- Ek in)-(P V
)Keterangan :n= Laju Alir Massa(kg/h) H= Entalpi Spesifik (kJ/kg)Q=
Energi Kalor(kJ/ h)Ws=Kerja yang dihasilkan Sistem
(kJ/h)H=Perubahan Entalpi (kJ/h)Ek= Perubahan Energi
Kinetik(kJ/h)Ep=Perubahan Energi Potensial(kJ/h)Ekin= Energi
Kinetik masuk Sistem (kJ/h)Ekout= Energi Kinetik keluar Sistem
(kJ/h)Epin= Energi Potensial masuk Sistem (kJ/h)Epout= Energi
Potensial keluar Sistem (kJ/h)P= Tekanan Sistem(bar)V= Perubahan
Volume Sistem(m3)3.2.2. Heat Capasity / Kapasitas Panas( Cp)Heat
Capasity / Kapasitas Panas( Cp) adalahQ =nH ( Sistem Terbuka)
1). Kapasitas Panas SenyawaPerhitungan berdasarkan Introduction
to Chemical Engineering Thermodynamics
Cp = A + B T + CT2 + T3
H = [AT + B T2+C T3 + D T4]- [AT + B T2+C T3 + D T4]
Data Heat Capacity berdasarkanPerry's Chemical Engineers
Handbook Mc Graw Hill 8th Ed 2008
Untuk data yang tidak disajikan dalam tabel dapat di cari dengan
pendekatan metode interpolasi data
Keterangan :T2= Temperatur Batas AtasT1= Temperatur Batas
BawahTx= Temperatur yang ditentukanCp2= Kapsitas Panas Batas
AtasCp1= Kapsitas Panas Batas Bawah Cpx= Kapasitas Panas yang
dicari
2). Kapasitas Panas Campuran
Keterangan :Cpm= Kapasitas Panas Campuran yi= Fraksi Mol atau
Massa Komponen iCpi= Kapasitas Panas Tiap Komponen i
3.2.3. Log Mean Temperature Difference/LMTD (Tm)LMTD adalah beda
temperatur rata-rata di sepanjang pipa. Pada kasus heat exchanger
dengan arah aliran counter flow kita bayangkan bahwa perbedaan suhu
antar fluida panas dan fluida dingin sangat besar pada sisi masuk
dan berkurang suhunya pada sisi keluar. Suhu pada fluida panas akan
berkurang dan suhu pada fluida dingin akan naik.
Gambar 3.1 Persamaan T1 dan T2 pada Heat ExchangerSumber :
Cengel, Heat Transfrer A Practical Approach, 2003 : 682
Sehingga didapat dari penurunan dan integrasi rumus untuk
analisa LMTD adalahLMTD= Rata-rata temperatur logaritma(W)Th1 dan
Th2= Temperatur fluida panas masuk dan keluar (0K) Tc1 dan Tc2=
Temperatur fluida dingin masuk dan keluar (0K)
(3.6)Untuk nilai LMTD lebih dari 10 maka desain Heat Exchanger
adalah Shell and Tube Heat Exchanger.
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.NERACA PANAS KONDISI PABRIK4.1.1 Ammonia Preheater E-104
Air (H2O)n2 = 40000 kg/hTinput = 25oC
E-104Amoniak (NH3)Amoniak (NH3)n1 = 4800 kg/hToutput =
-5oCTinput = -33oCAir (H2O)Toutput = 10oC
Gambar 4.1 Flow Diagram UnitAmmonia Preheater E-104 sesuai
PabrikDiketahui :nNH3= 4800 kg/hT NH3 Input= -33 + 273,15= 240,15
oKT NH3 Output= -5 + 273,15= 268,15 oKnH2O= 40000 kg/hT H2OInput=
25 + 273,15= 298,15 oKT H2OOutput= 10 + 273,15= 283,15 oK
Perhitungan Neraca Panas E-104H + Ek+ Ep = Q + WsQ = H + Ek+ Ep-
WsQ=n (Hout- Hin) + (Ekout- Ekin)+ (Epout- Ek in)-(P V )Perubahan
Energi Kinetik dan Energi Potensial diabaikan. Kerja yang dilakukan
system (W)= 0 Karena tekanan (P) dan volume (V) selama proses
adalah konstan, sehingga persamaan menjadi : Q =n H
Cp = A + B T + CT2 + T3 QNH3= QH2O
Menentukan Q NH3Berdasarkan Data :Appendix C Physical Properties
Of Liquids And GasesA= -182, 157B= 3,3618C= - 0,014398D= 0,
0000020371 Nilai H NH3Mol NH3 = (4800 kg/h : BM : 17)Mol NH3 =
282352.94 mol/h
H =[AT + B T2+C T3 + D T4]- [AT + B T2+C T3 + D T4] H = [(-182,
157 x 268,15 ) +(x 3,3618 x (268,15 )2)+(x- 0,014398 (268,15)3 )+
(x 0, 0000020371 (268,15) 4)]- [(-182, 157 x 240,15) + (3,3618 x
(240,15) 2)+ (x- 0,014398 x 10-2 (240,15 )3 )+ (x 0, 0000020371 6
(240,15 )4)] H=5905.28 J/mol - 3730.71 J/mol H =2174.57 J/mol Q
NH3= 282352.94 mol/h x 2174.57 J/mol QNH3= 613997026.7 J/h
Menentukan Q H2OBerdasarkan Data :Appendix C Physical Properties
Of Liquids And GasesA= -92.053B= -0.039953C= -0.00021103D= 0,
00000053469Nilai H H3OMol NH3 = (40000 kg/h : BM : 18)Mol NH3 =
2222222.22 mol/h
H = [AT + B T2+C T3 + D T4]- [AT + B T2+C T3 + D T4] H =
[(-92.053x 298,15 ) +(x-0.039953x (298,15 )2)+(x-0.00021103x 10-2
(298,15)3 )+ (0, 00000053469 (298,15) 4)]- [(-92.053x 283,15) +
(x-0.039953x (283,15) 2)+ (x-0.00021103x 10-2 (283,15)3 )+ (x 0,
00000053469(283,15)4)] H= 23727,15- 24863,62J/mol J/mol H = -
1136,46 J/mol Q H2O= 2222222.22 mol/h x - 1136,46J/mol QH2O= -
2525481459J/h
Menentukan Jumlah Panas yang Hilang E-104Q loss = Q NH3-QH2OQ
loss = 613997026.7 J/h 2525481459J/hQ loss = 1911484432 J/h
Perhitungan LMTD pada E-104
4.1.2 Air Chiller E-105
Udaran2 = 50000 m3/hTinput = 33oC
E-105Amoniak (NH3)Amoniak (NH3)n1 = 4800 kg/hToutput=4oCTinput
=-5oCUdaraToutput = 10oC
Gambar 4.2Flow Diagram UnitAir Chiller E-105 sesuai
PabrikDiketahui :n NH = 4800 kg/hT NH3 Input= -5 + 273,15= 268,15
oKT NH3 Output= 4+273,15= 277,15 oK n Udara = 50000 m3/hT Udara
input= 33 + 273,15= 306,15 oKT Udara output= 10 + 273,15= 283,15
oK
Konversi Flowrate Udara :SPGR Udara= 0,0013 air= 997,1 kg/m3Maka
flowrate udara= SPGR udara x Flowrate Udara x air= 0,0013 x 50000
m3/h x 997,1 kg/m3= 64811,5 kg/h
Perhitungan Neraca Panas E-105H + Ek+ Ep = Q + WsQ = H + Ek+ Ep-
WsQ=n (Hout- Hin) + (Ekout- Ekin)+ (Epout- Ek in)-(P V )Perubahan
Energi Kinetik dan Energi Potensial diabaikan. Kerja yang dilakukan
system (W)= 0 Karena tekanan (P) dan volume (V) selama proses
adalah konstan, sehingga persamaan menjadi : Q = H QNH3= QUdara
Cp = A + B T + CT2 + T3
Menentukan Q NH3Berdasarkan Data :Appendix C Physical Properties
Of Liquids And GasesA= -182, 157B= 3,3618C= - 0,014398D= 0,
0000020371 Nilai H NH3Mol NH3 = (4800 kg/h : BM : 17)Mol NH3 =
282352.94 mol/h
H = [AT + B T2+C T3 + D T4]- [AT + B T2+C T3 + D T4] H = [(-182,
157 x 277,15 ) +(x 3,3618 x (277,15 )2)+(x- 0,014398 (277,15)3 )+
(x 0, 0000020371 (277,15) 4)]- [(-182, 157 x 268,15) + (3,3618 x
(268,15) 2)+ (x- 0,014398 x 10-2 (268,15 )3 )+ (x 0, 0000020371 6
(268,15 )4)] H= 6608,08J/mol - 5905,28 J/mol H = 702,804 J/mol Q
NH3= 282352,94 mol/h x 702,804 J/mol QNH3= 198438907,8 J/h
Menentukan Q UdaraBerdasarkan Data :Appendix C Physical
Properties Of Liquids And GasesA= 3, 355B= 575C= 0D=
-0.000000016
Nilai H UdaMol NH3 = (64811,5 kg/h : BM : 28.84 )Mol NH3 =
2247278,086 mol/h
H = R x[AT + B T2+C T3 - D T-1]- [AT + B T2+C T3 - D T-1] H =
8,314 x[(3, 355 x 283,15 ) +(x 575 x (283,15 )2)+(x 0 (283,15)3
)-(-0.000000016 (283,15) -1)]- [(3, 355 x 306,15) + (x 575 x
(306,15) 2)+ (x0 x 10-2 (306,15 )3 )- x -0.000000016 (306,15 )-1)]
H Udara= 8, 314 J/ mol K x 3896823,215Q Udara= 2247,27 mol/h x -
32398189,87 J/mol QUdara= - 72807742126 J/h
Menentukan Jumlah Panas yang Hilang E-105Q loss = Q NH3-QUdaraQ
loss = 198438907,8 J/h (-72807742126) J/hQ loss = 72609303218
J/h
4.2.NERACA PANAS PENGGANTIAN DENGAN ETILEN GLIKOL 4.2.1 Ammonia
Preheater E-104
Etilen Glikol (C2H6O2)n2= ?Tinput = 25oC
E-104Amoniak (NH3)Amoniak (NH3)n1 = 4800 kg/hToutput =
-5oCTinput = -33oCEtilen GlikolToutput = 10oC
Gambar 4.3 Flow Diagram UnitAmmonia Preheater E-104 Penggantian
dengan Etilen GlikolDiketahui :n NH3= 4800 kg/hT NH3 Input= -33 +
273,15 = 240,15 oKT NH3 Output= -5 + 273,15= 268,15 oKT
C2H6O2Input= 25 + 273,15= 298,15 oKT C2H6O2Output= 10 + 273,15=
283,15 oKDitanya :Flowrate Etilen Glikol (n C2H6O2)
Perhitungan Neraca Panas H + Ek+ Ep = Q + WsQ = H + Ek+ Ep-
WsQ=n (Hout- Hin) + (Ekout- Ekin)+ (Epout- Ek in)-(P V )Perubahan
Energi Kinetik dan Energi Potensial diabaikan. Kerja yang dilakukan
system (W)= 0 Karena tekanan (P) dan volume (V) selama proses
adalah konstan, sehingga persamaan menjadi : Q = H QNH3=
QC2H6O2
Menentukan Q NH3Berdasarkan Data :Appendix C Physical Properties
Of Liquids And GasesA= -182, 157B= 3,3618C= - 0,014398D= 0,
0000020371 Nilai H NH3Mol NH3 = (4800 kg/h : BM : 17)Mol NH3 =
282352.94 mol/h
H = [AT + B T2+C T3 + D T4]- [AT + B T2+C T3 + D T4] H = [(-182,
157 x 268,15 ) +(x 3,3618 x (268,15 )2)+(x- 0,014398 (268,15)3 )+
(x 0, 0000020371 (268,15) 4)]- [(-182, 157 x 240,15) + (3,3618 x
(240,15) 2)+ (x- 0,014398 x 10-2 (240,15 )3 )+ (x 0, 0000020371 6
(240,15 )4)] H= 5905.28 J/mol - 3730.71 J/mol H = 2174.57 J/mol Q
NH3= 282352.94 mol/h x 2174.57 J/mol QNH3= 613997026.7 J/h
Menentukan Flowrate Etilen GlikolQNH3= QC2H6O2
613997026.7J/h=
Menentukan H C2H6O2pada T1 298,15 oK dan T2 283,15 oKBerdasarkan
Data :Appendix C Physical Properties Of Liquids And GasesA=
75,878B= 0,64182C= -0,0016493D=0,0000016937Nilai H C2H6O2
H = [AT + B T2+C T3 + D T4]- [AT + B T2+C T3 + D T4] H =
[(75,878x 283,15 ) +(x0,64182 x (283,15 )2)+(x-0,0016493
(283,15)3)+ (x 0,0000016937 (283,15) 4)]- [(75,878x 298,15) +
(0,64182 x (298,15) 2)+ (x-0,0016493x 10-2 (298,15 )3 )+ (x
0,0000016937 (298,15 )4)] H= 37467,27J/mol - 39939,52 J/mol H =
-2472, 24 J/mol
Flowrate Etilen Glikol613997026.7 J/h= n x 2472, 24 J/hn =
15398,057 kg/h4.2.2 Air Chiller E-105
Udaran2 = 50000 m3/hTinput = 33oC
E-105Etilen Glikol(C2H6O2)Etilen Glikol(C2H6O2)n1 = 15398,057
kg/hToutput= ? oCTinput = 10 oCUdaraToutput = 10oC
Gambar 4.2Flow Diagram UnitAir Chiller E-105 Penggantian dengan
Etilen GlikolDiketahui :nC2H6O2= 15398,057 kg/hT C2H6O2Input= 10 +
273,15= 283,15 oKn Udara = 50000 m3/hT Udara input= 33 + 273,15=
306,15 oKT Udara output= 10 + 273,15= 283,15 oK
Konversi Flowrate Udara :SPGR Udara= 0,0013 Udara= 997,1
kg/m3Maka flowrate udara= SPGR udara x Flowrate Udara x air= 0,0013
x 50000 m3/h x 997,1 kg/m3= 64811,5 kg/h
1). Perhitungan Neraca Panas H + Ek+ Ep = Q + WsQ = H + Ek+ Ep-
WsQ=n (Hout- Hin) + (Ekout- Ekin)+ (Epout- Ek in)-(P V )Perubahan
Energi Kinetik dan Energi Potensial diabaikan. Kerja yang dilakukan
system (W)= 0 Karena tekanan (P) dan volume (V) selama proses
adalah konstan, sehingga persamaan menjadi : Q = H QNH3= QUdara
Menentukan Q UdaraBerdasarkan Data :Appendix C Physical
Properties Of Liquids And GasesA= 3, 355B= 575C= 0D=
-0.000000016
Nilai H UdaMol NH3 = (64811,5 kg/h : BM : 28.84 )Mol NH3 =
2247278,086 mol/h
H = R x[AT + B T2+C T3 - D T-1]- [AT + B T2+C T3 - D T-1] H =
8,314 x[(3, 355 x 283,15 ) +(x 575 x (283,15 )2)+(x 0 (283,15)3
)-(-0.000000016 (283,15) -1)]- [(3, 355 x 306,15) + (x 575 x
(306,15) 2)+ (x0 x 10-2 (306,15 )3 )- x -0.000000016 (306,15 )-1)]
H Udara= 8, 314 J/ mol K x 3896823,215Q Udara= 2247,27 mol/h x -
32398189,87 J/mol QUdara= - 72807742126 J/h
Menentukan T output Etilen Glikol E-105n C2H6O2 = 15398,057 kg/h
: BM : 62n C2H6O2 = 248,355QUdara = QC2H6O2
72807742126 J/h= 248,355 mol /h =
4.3. KOMBINASI PENGGUNAAN ETILEN GLIKOL DAN AIR
NH3Udara
EE-105E-104
NH3Udara( Etilen Glikol + Air )
Flowrate Udara = 64811,5 kg/h T Udara input= 33 + 273,15= 303,15
oKT Udara output= 10 +273,15= 283,15 oKCp Udara= 1,001 kj/kg oKCp
Etilen Glikol= 2,335 kj/kg oKCp Air= 4,181 kj/kg oK
Flowrate Amoniak Dikarenakan pada sistem modifikasi ini aliran
etilen glikol dan air output E-105 menjadi input E-104, menurut
neraca panas perlu adanya perubahan flowrate amonia agar panas yang
dilepas udara E-105 sama dengan panas yang diterima ammonia
E-104.
Menentukan Flowrate dan Kondisi Temperatur Campuran Etilen
Glikol+Air Untuk menentukan flowrate air yang dibutuhkan :Assumsi
:Flowrate etilen glikol = 2000 kg/hT input campuran di E-105 =
268,15 KT output campuran di E-105 = 298,15 KUntuk aliran recycle
kondisi temperatur campuran output E-104 harus sama dengan
temperatur campuran input E-105, sehingga:T input campuran di E-104
= 298,15 KT output campuran di E-10$ = 268,15 K
Diketahui data :Q lepas udara E-105 = Q terima amoniak E-104 =
1492155,165 kj/hCp Etilen Glikol= 2,335 kj/kg oKCp Air= 4,181 kj/kg
oKPersamaan Neraca Panas
Perhitungan LMTD pada E-104
Perhitungan LMTD pada E-105
4.2. PEMBAHASANKebutuhan etilen glikol perhari dari unit E-104
dapat ditentukan dari persamaan neraca panas. Dimana panas yang
akan diterima etilen glikol sebanding dengan panas yang diberikan
oleh ammonia.
Perlakuan modifikasi pada sistem Air Chiller E-105 dengan
menggantikan peran Amoniak dengan Polietilen Glikol diharapkan
dapat menurunkan temperatur udara secara signifikan yang nantinya
udara akan dipakai sebagai media pendingin produk pupuk pada
Cooler. Setelah dilakukan perhitungan maka didapatkan bahwa
temperatur udara dapat turun 10oC apabila Etilen Glikol yang masuk
ke dalam E105 berasal dari E-104 (flowrate 23979,41 kg/h). Dengan
adanya data ini, maka pendingainan 64811,5 kg/h udara mengakibatkan
temperatur Etilen Glikol keluaran E-105 naik menjadi :
Kemudian untuk desain proses pada sistem E-104 dan E-105 pada
transfer panas menggunakan metode recycle. Metode ini mencampurkan
etilen glikol dan air sebagai fluida pemanas amoniak unit E-104 dan
pendingin udara unit E-105. berdasarkan perhitungan diatas didapat
komposisi campuran fluida yakni etilen glikol 2000 kg/h dan air
107739,6 kg/h. Dengan flowrate sebesar 109739,6 lg/h mampu
menurunkan temperatur udara menjadi 10oC. Untuk fluida campuran
keluaran E-105 25 C direcycle ke unit E-104 untuk menaikan
temeratur ammonia menjadi . -14 oC dari temperatur awal -33oC.
Dilapangan temperatur -14 oC adalah kondisi optimum dimana amoniak
masuk ke unit prenetralizer. Sehingga amoniak keluaran E-104 dapat
langsung diumpan ke prenetralizer tank. Jika ditinjau dengan metode
awal yaitu melewatkan amoniak pada dua unit, dimana pada unit E-104
masih menggunakan air secara continue, maka kelebihan desain yang
ditawarkan adalah kebutuhan air dapat dikurangi karena air yang
digunakan akandikembalikan ke proses.
BAB VPENUTUP
4.1.KESIMPULAN1. Kebutuhan Polietilen Glikol pada unit Amoniak
Pre-Heater E-104 adalah sebesar 575505,8 kg/hari.2. Temperarur
udara pada unit Air Chiller E-105 mencapai 10oC dengan menggunakan
Etilen Glikol dari E-104 dan temperatur Etilen Glikol keluaran
E-105 naik menjadi 304,79 oK . 3. Desain proses pada sistem E-104
dan E-105 adalah menggunakan metode recycle . Fluida menggunakan
campuran etilen glikol dan air sebagai media pemanas amoniak unit
E-104 dan pendingin udara unit E-105 dengan komposisi yakni etilen
glikol 2000 kg/h dan air 107739,6 kg/h. 4.2.SARAN1. Diharapkan pada
proses di pabrik untuk dapat dibuatkan data aktual setiap harinya
sehingga proses dapat terus terpantau.2. Diperlukan data akurat
dalam setiap modifikasi proses agar modifikasi proses dapat
berjalan lebih baik dari sebelumnya.
DAFTAR PUSTAKA
Austin, G.T., 1984, Sheves Chemical Process, 5 th edition. New
York : Mc Graw-Hill Book Company.Austin, G.T., 1996, Industri
Proses Kimia, edisi 5, Jakarta : Erlangga.Badger, Walter L and
Banchero, Julius T. 1955. Introduction To Chemical Engineering,
International Edition. Japan : Mc Graw Hill Book Company.Bagian PF
II. 2004. Unit Operasi Produksi Pupuk SP-36. PT. Petrokimia
Gresik.Bagian Phonska PT. Petrokimia Gresik, Operating Manual
Pabrik Phonska II/III Departemen Produksi II A, PT. Petrokimia
Gresik, Gresik. Christie, J. Gean Koplis. 1977. Transport Process
and Unit Operation, 3rd Edition. New Delhi : Prentice Hall Of India
Limited.Geankoplis, Christie J. 1997. Transport Processes and Unit
Operation 3 th edition. New Jersey: Prentice Hall. Himmelblau, D.
M. 1996. Basic Principles Dan Calculation in Chemical Engineering,
Sixth Edition. New Delhi: Prentice-Hall of India. Instruction and
Operating Manual for AR 4N Boiler, Book 1 dan 2, PT. Aalborg
Industries, Desember 1999.Kern, Donald Q.1950. Process Heat
Transfer. New York : Mc Graw Hill Book Company.Perry, R. H. and Don
Green. 1999. Chemical Engineers Handbook, 7th Edition. New York :
Mc Graw Hill Book Company Ltd.Smith, J.M, dkk. 2001. Chemical
Engineering Thermodynamic. New York : McGraw HillSmith, J. M. And
Van Ness, H. C. 1984. Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamic, 3rd Edition. Singapore : International Student
Edition.Soumerai, Henri. 1987. Practical Thermodynamic Tools For
Heat Exchanger Design Engineers. United State Of America:
Wiley-Interscience.Warren L. McCabe and Julian C. Smith. 1976. Unit
Operation of Chemical Engineering 5th Edition. New York. Mc Graw
Hill Book.Fakultas TeknikJurusan Teknik KimiaUniversitas
Sriwijaya1
JURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SRIWIJAYA17