Materi Ppk

8/16/2019 Materi Ppk

1/40

MODUL MATA KULIAH

PERANCANGAN PABRIK KIMIA

DR. IR. ISMIYATI, MT

JURUSAN TEKNIK KIMIA

UNIERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA

2013

1


2/40

I. PENDAHULUAN

A. PENGERTIAN PERANCANGAN PABRIK KIMIA

Perancangan pabrik kimia atau pabrik sintesis adalah suatu kegiatan yang mencakup

aplikasi berbagai dasar ilmu pengetahuan teknik dan didukung oleh ilmu ekonomi teknik

dan bertujuan mentranslasi gagasan atau ide menjadi suatu bentuk fasilitas fisik (pabrik)

untuk pengubahan bahan baik secara kimia, fisika maupun biologi sehingga diperoleh

produk yang memiliki nilai tambah.

Secara nyata fasilitas fisik tersebut dibangun sedemikian hingga berpotensi

mengembalikan modal investasi dalam jangka waktu tertentu serta memberikan

keuntungan untuk pengembangan lebih lanjut. alam mentranslasi ide tersebut, dimulai

dari tahap penelitian lapangan, tahap penelitian laboratorium, tahap pengembangan dan

seterusnya sampai tahap operasi skala komersial. !nalisis dan sintesis merupakan suatu

perangkat dasar yang penting dalam mencari jawaban persoalan"persoalan yang terdapat

dalam perancangan pabrik kimia.

Seorang perancang yang bertugas untuk merancang pabrik kimia perlu memiliki

konsep fundamental teknik kimia yang merupakan perangkat ilmu teknik kimia yang

biasa disebut# $ chemical engineering tools%.

Terma!" #a$am %era&'a&(a& %a)r*" "*m*a +PPK a#a$a-

1. &endirikan pabrik baru

" Pabrik betul"betul baru (data belum lengkap)

" Pabrik baru yang sudah ada'sejenis (data sudah ada)

2. &emperluas'mengembangkan pabrik yang sudah ada

ebutuhan masyarakat yang masih kurang, baik di dalam negeri maupun luar

negeri

&is# ebutuhan plastik yang sangat pesat

3. &endirikan pabrik dengan teknologi baru

" &engubah limbah menjadi produk yang berharga

" &emproduksi produk yang telah ada dengan teknologi baru yang ditemukan

" ll


3/40

B. KONSEP /UNDAMENTAL TEKNIK KIMIA

Seorang perancang yang bertugas dalam merancang pabrik kimia perlu memiliki

konsep fundamental teknik kimia yang merupakan perangkat ilmu teknik kimia yang

biasa disebut# $ chemical engineering tools%.

“ Chemical Engineering Tools”

1. *eraca massa (material balances)

2. *eraca energi (energy balances)

3. esetimbangan (e+uilbrium)

" isika (kesetimbangan fasa)

" imia

-. Proses"proses kecepatan (rate process)

" isis (transfer phenomena # tr. momentum, panas, massa)

" imia ( kinetika reaksi kimia)

. /konomi

0. umanitas.

Pendekatan 2eknik imia &odern#

Chemical engineering tools + advanced computation

Sangat diperlukan kemampuan penyusunan model matematis dan penyelesaian numerik

(komputasi proses).

3hemical engineering tools merupakan perangkat teknik kimia yang disusun menurut

urutan tertentu yang dapat mempermudah dan memperlancar usaha mencari pendekatan

jawaban suatu persoalan.

1. Nera'a )a-a& maa

*eraca bahan disusun pertama kali sebelum dikerjakan perhitungan neraca panas.

Pada permulaan disusun diagram alir sederhana, kemudian dilakukan perhitungan

neraca bahan di sekitar unit alat masing"masing dan perhitungan neraca bahan secara

keseluruhan (overall ), dengan menghitung kebutuhan bahan baku yang akan diolah

hingga menghasilkan produk yang dihasilkan. *eraca bahan ini berlaku umum, baik

4


4/40

untuk proses kimia maupun proses fisika (tanpa reaksi kimia). ari hasil penyusunan

neraca bahan dapat disusun diagran alir kuantitatif.

2. Nera'a e&er(*%a&a

*eraca energi'panas disusun setelah penyusunan neraca bahan selesai. Secara umum

sebenarnya semua bentuk neraca energi perlu diperhitungkan, tetapi pada proses"

proses kimia, proses pemanasan atau pendinginan umumnya perhitungan neraca

panas lebih diperhitungkan dari pada neraca energi. ari perhitungan neraca energi'

panas dapat diketahui berapa kebutuhan pemanas atau pendingin yang harus

disediakan oleh fasilitas utilitas maupun penukar panas (heat exchanger ) yang dapat

dimanfaatkan. ari perhitungan neraca energi'panas dapat digunakan untuk

membantu dalam perhitungan pembuatan diagram alir kualitatif.

3. Nera'a Kee*m)a&(a&

a. Kee*m)a&(a& a*

&isalnya kesetimbangan tekanan, panas, fasa dan reaksi kimia, yang terjadi pada

sistem batch atau kontinyu. 2etapi kesetimbangan ini tidak menjalankan tentang

ukuran alat.

). Kee*m)a&(a& #*&am*"

alam kesetimbangan dinamik ini, kecepatan transfer, transformasi massa dan

energi merupakan variabel esensial. alam sistem kontinyu dapat terjadi keadaan

kesetimbangan dinamik, walaupun gaya"gaya pendorong neto (net driving force)

seperti pada suhu, tekanan maupun konsentrasi mungkin tidak nol. eadaan

kesetimbangan dinamik ini sering disebut $ steady state%, yaitu keadannya tidak

berubah oleh waktu. eadaan atau konsep ini sangat membantu dalam tugas

analisis dan sintesis.

. Pre4%re "e'e%aa& +rate balance

ari konsep neraca bahan, energi panas dan kesetimbangan statis, tidak kita

perhatikan tentang ubahan waktu, kecuali pada aliran fluida kita masukkan energi

kinetika pada penyusunan neraca energi. 5ntuk memperkirakan ukuran atau kapasitas

alat perlu diperhitungkan pengaruh ubahan waktu, karena ukuran alat ada kaitan

langsung terhadap proses pengolahan sejumlah bahan pada suatu batasan waktu. 6adi

-


5/40

ukuran alat proses secara langsung ditentukan oleh jumlah bahan (kapasitas) da

lamanya proses berlangsung (ubahan waktu).

apasitas maksimal sesuatu alat proses ditentukan oleh kecepatan transfer dan

transformasi masa dan energi pertahun waktu. &aka dapat dinyatakan bahwa

kecepatan atau laju proses (rate process) merupakan ubahan esensial pada

perancangan alat, misalnya alat dan perhitungan efisiensi alat pemisah.

Pada perancangan reaktor kimia misalnya, paling tidak ada dua pertanyaan yang

perlu dijawab#

1) Perubahan apa saja yang terjadi bila ada suatu variabel yang berubah7 alam hal

ini diperlukan penggunaan dasar termodinamika.

) 8agaimana kecepatan perubahan itu terjadi7 6elas bahwa untuk menjawab

pertanyaan ini diperlukan peninjauan tentang $rate proces” yaitu kinetika reaksi

kimia.

5. Nera'a E"&m* +economic balance

Suatu industri atau perusahaan selalu berusaha untuk mencapai keuntungan yang

maksimal disetiap periode waktu kerja. 8erarti bahwa dalam tugas perancangan, tidak

hanya peninjauan dari segi kinetik saja, tetapi juga diperlukan pertimbangan dari segi

ekonomi (biaya, harga dll)

&isalnya dalam pemilihan peralatan, selain tipe dan spesifikasi alat yang

diperhatikan, maka keamanan dan kemudahan operasional, perawatan, biaya operasi

dan seterusnya juga perlu dipertimbangkan.

&aka perlu dijawab pertanyan#

1) !pa yang harus dikerjakan dalam pabrik agar diperoleh keuntungan7

) 8erapa besarnya biaya operasi, penanaman modal7

4) 8erapa keuntungan yang diperoleh7

-) an lain"lain

Sehingga perlu dibuat neraca ekonomi agar diketahui secara pasti bahwa perancangan

pabrik tersebut dapat menghasilkan keuntungan.


6/40

5. H!ma&*a + Human balance

Selain aspek teknis dan ekonomis, dalam perancangan pabrik ternyata masih ada

aspek non teknik yang perlu dipehitungkan. &isalnya aspek lingkungan, perhatian

terhadap bahan buangan'limbah lebih"lebih limbah berbahaya (84), pengamanan

terhadap alat"alat proses terhadap para karyawan, fasilitas ibadah, rekreasi, olah

raga dll.

C. KEPPLING6S KEY 7ORDS

ata kunci utama terhadap kippling sebenarnya alat untuk pengembangan maupun

peningkatan analisis dan sintesis masalah. ata"kata tersebut dalam bentuk

pertanyaan yang harus dijawab, sehingga merupakan bentuk pasangan tanya jawab.

1. !pa (9hat) 4. 8agaimana (ow) . apan (9hen)

. &engapa (why) -. Siapa (9ho) 0. imana (9here)

8entuk ynya jawab tersebut dapat dipergunakan dalam analisis dan sintesis berbgai

masalah dalam jangkauan yang cukup luas. 8erikut diberikan contoh pertanyaan"

prtanyaan yang perlu dijawab, baik dalam tugas perancangan pabrik, perancangan alat

dll.

3ontoh pertanyaan pada tugas perancangan.

1. !pa7

" Pabrik dan proses apa yang akan di rancang7

" ata apa saja yang harus dicari7

" :angkah apa saja yang harus dikerjakan7

" st"

2. &engapa7

" &engapa proses inikita pilih7

" &engapa dipilih proses dengan pengendalian otomatis7

" &engapa harus dipilih kapasitas ditas kapasitas ekonomi7

" st"

3. 8agaimana7

" 8agaiman cara memilih alat"alat proses7

0


7/40

" 8agaimana cara menyusun tata letak pabrik atau alat7

" 8agaimana realisasi rancangan yang telah dibuat7

" st"

. Siapa7

" Siapa yang dapat memberikan informasi perancangan ini7

" Siapa yang memiliki paten, pengalaman perancangan pabrik7

" Siapa yang pernah membangun pabrik tersebut7

" st"

5. apan7

" apan pabrik ini pernah dibangun7

" apan proses atau alat , juga paten itu mulai berlaku dan berakhir7" apan tugas perancangan ini harus diselesaikan7

" st"

8. imana7

" imana pabrik ini akan dibangun7

" imana letak sumber bahan baku7

" imana letak daerah pemasaran produk7

" st"

5ntuk tanya jawab seperti contoh diatas perlu dipergunakan, baik dalam perancangan

pabrik, alat"alat proses dan pembantunya serta tugas analisis dan sintesis, sehingga

ada dorongan berpikir ke arah lebih kreatif dan sistematis.

;


8/40

BAB II

KEGIATAN PERANCANGAN PABRIK KIMIA

egiatan"kegiatan perancangan pabrik yang harus dikuasai oleh seorang

$Chemical Engineer % yaitu dimulai dari suatu gagasan yang direalisasikan melalui

penelitian, dilanjutkan dengan pengembangan sampai tahap realisasi yaitu tahap operasi

dan produksi.

egiatan tersebut meliputi#

1. Penelitian proses ( process research)

2. Pengembangan proses ( process development )

3. 2eknik proses ( process engineering )

. !nalisis dan evaluasi ekonomi (economic analysis and economic evaluation)

5. 2eknik proyek ( project engineering )

8. 2eknik konstruksi (construction engineering )

9. 2eknik operasi (operation engineering )

:. 2eknik penelitian pasar (market research engineering )

(Simposium !


9/40

hanya bisa tumbuh alami di


10/40

pabrik Compact Disc (3) misalnya, adalah sebuah contoh pabrik yang dibangun

karena ketersediaan suatu teknologi dan pengetahuan yang menyeluruh mengenai

sinar laser dan apa yang mampu sinar laser akibatkan pada struktur kristal. 2api tetap

saja motivasi jenis ini butuh ide"ide yang cemerlang dan inovatif, yang percaya kalau

fenomena sinar laser bisa digunakan sebagai sarana penyimpanan dan pembacaan

data digital. 2idak semua teknologi baru bisa dikembangkan menjadi pabrik dengan

produk baru.


11/40

) Mem)er*"a& #aa "!a&*a*


12/40

Perubahan yang terjadi antara umpan dan hasil reaksi perlu dipelajari.

). K*&e*"a K*m*a aa! K&=er* Rea"*

3ontoh # sikloheEan ben?ena

8agaimana pengaruh suhu dan tekanan terhadap konversi sikloheEan7 al ini

dapat diketahui dari eksperimen maupun perhitungan teoritis.

Pengaruh suhu dan tekanan terhadap konversi sikloheEan ke ben?ena( # sikloheEan F - mole umpan)

2ekanan Suhu G mol ben?ena dalam produk Psi o Hol'vol'jam terhitung

4@@

0@@

>@@

=@@

=@

>@@

=@

;@

=@

=4

44

=

;

>=

=0

41

=-

'. H!)!&(a& erm#*&am*"a %a#a !-! >50 C

301 300 I 4

SikloheEane ben?ena hidrogen

=.@ pada1@)(P

)(P)(Pp o0

13

3

4

0

00 ==

301 301

SikloheEane (S) metil siklopentana (msp)

=.@ pada 1)(P)(Pp o

S

msp ==

alam tinjauan ini maka pengaruh tekanan dapat dipelajari.

2 ?ar*a)e$ Pre

1

P # 4@@ C 0@@ psi

2 # >@@ C =@ o


13/40

Hariabel penting pada proses hidroforming adalah #

• Suhu J 'naphta J katalisator

• 2ekanan J naphta

J kotoran (S,,D dan

&etal)

• 9aktu J space rate J regenerasi

8agaimana pengaruh variabel ini terhadap hasil dan operasi perlu juga dipelajari.

ondisi operasi optimum dan batas"batas kerjanya perlu ditetapkan.

3 S*; o, terjadi reaksi isomerisasi

Pada 2 L >; o terjadi proses perengkahan'cracking

ari data eksperimen diusahakan untuk menarik kesimpulan.

6ika perlu dihitung pula data lain untuk keperluan pengembangan data untuk

mendukung perancangan. Suatu hal yang penting untuk dicacat yaitu dengan

dukungan data minimum kita harus mampu mengembangkannya sehingga dapat

menyelesaikan tugas pemecahan masalah dan perancangan alat proses. arena itu

maka seorang perancang harus mampu mengembangkan daya imaginasi,

keterampilan, analisis dan sintesis serta ketekunan.

8 Ke*m%!$a&

14


14/40

ari analisis dan sintesis data penelitian, pengembangan data, hasil kalkulasi dan

studi lainnya tentang proses hidroforming data, dapat ditarik kesimpulan seperti

dibawah ini (hanya sekedar suatu contoh).

iperkirakan bahwa proses yang dipelajari dapat diteruskan

pengembangannya ke arah skala komersial.

/valuasi ekonomi didukung oleh data yang cukup lengkap.

ari evaluasi variabel proses menunjukkan bahwa studi lanjutan dapat

dilakukan ke kelompok pengembangan.

Dperasi menurut skala komersial dapat disiapkan setelah dipelajari dari

tahapan # penelitian proses, pemgembangan proses dan $ pilot pant %.

apat diusulkan diagram alir proses sederhana, dan masih dilakukan

pengembangan lebih lanjut.

2. Pe&(em)a&(a& Pre

Suatu tugas yang dapat dikatakan tidak pernah berakhir adalah pengembangan

proses untuk memperoleh proses maupun produk yang lebih baik. arena itu supaya

industri dapat bertahan dalam situasi bersaing, kemampuan penelitian dan

pengembangan sangat diperlukan sebagai pendukung sasaran tugas tersebut. 2etapi

bagaimanapun efektifitas laboratorium penelitian, bila hasilnya langsung ditranslasi ke

operasi berskala komersial, kemungkinan dapat berkhir pada kegagalan fatal. &aka

1-

preheater

preheater *aphta

Aeaktor

katalitik

Bas

Bas

:PBseparator

cairanhasil


15/40

dari tahapan penelitian masih perlu dilanjutkan ke tahapan pengembangan yang

mempelajari bagaimana kemungkinan untuk diterapkan ke skala komersial. ata dari

laboratorium harus dipelajari kembali dan diinterpretasi kembali. 6ika ternyata kurang

menguntungkan dan tidak mungkin ditranslasi ke skala komersial, sebaiknya proyek

ini ditunda dulu, bahkan dibatalkan.

Brup pengembangan proses harus mengadakan komunikasi tetap dengan grup

penelitian, perancangan, evalusi dan manufakturing. 9alaupun pada tahap

laboratorium telah diadakan evaluasi ekonomi, penelitian dari segi ekonomi masih

perlu ditinjau kembali.

2ugas"tugas pengembangan proses adalah#


16/40

a) &emberikan dan melengkapi data informasi yang lebih lengkap untuk

perancangan akhir.

b) &emeriksa, mempelajari kembali hasil penelitian lab.

c) &enentukan variabel proses yang kritik.

d) &encari data informasi atau konsultasi dengan $ process design engineering %

tentang kebutuhan data untuk perancangan detail yang terakhir.

) Perancangan dan onstruksi $ pilot plant %

5ntuk mempelajari kemampuan suatu proses yang akan ditranslasi ke skala

komersial dan pengaruh variabel"variabel operasi dapat dipergunakan $ pilot plant %

&enurut Hilbrandt# pilot plant atau prototype plant lengkap merupakan rangkaian

dari elemen"elemen produksi yang esensial

3. Te"&*" Pre + process Engineering

2eknik proses (process engineering) dilakukan setelah selesai tahapan penelitian dan

pengembangan proses.

asil"hasil penelitian dan pengembangan proses sebelumnya akan dipergunakan

sebagai dasar peramalan sampai dimana proses yang dipelajari akan berhasil bila

dibangun menurut skala komersial.

!lat"alat pross disusun spesifikasinya secara jelas tanpa melupakan pertimbanganfaktor ekonomi dan dapat berfungsi dengan baik.

2ata letak alat dan sistem pemipaan disusun seefisien mungkin. asilitas luar

seperti# boiler, cooling tower harus diperhitungkan pula.

asil pemikiran dari kelompok ini akan dipergunakan sebagai landasan perancangan

selanjutnya yang lebih teliti.

T!(a era&( Te"&*" %re aa! %era&'a&( %re

Seorang perancang proses biasanya tidak langsung mengerjakan perancangan detail

dari alat"alat proses, tetapi lebih memperhatikan peninjauan proses secara

keseluruhan hingga evaluasi ekonomi. 8eberapa tugas pokok yang dijalankan antara

lain sebagai berikut#

10


17/40

1. &enyusun diagram alir proses yang memuat semua alat"alat dan instrumen,

termasuk kondisi proses dan operasi, seperti suhu, tekanan dan laju aliran.

. membuat neraca bahan disetiap unit alat maupun neraca bahan keseluruhan,

misalnya kebutuhan jumlah bahan baku yang akan diolah, serta jumlah produk

yang diperolah.

4. &embuat neraca panas di setiap alat yang memiliki beban panas maupun neraca

panas keseluruhan. &isalnya beban panas dan ukuran dari alat penukar panas

(heat exchanger ) .

-. &enentukan spesifikasi peralatan seperti F spesifikasi pompa, spesifikasi reaktor ,

spesifikasi tangki pengumpan dan penyimpan.

. &enetapkan kondisi optimum dari alat"alat pemisah, alat"alat proses, berdasarkan

pertimbangan segi teknik dan ekonominnya.

0. /valuasi kebutuhan utilitas, misalnya# kebutuhan steam, air industri, tenaga listrik,

bahan bakar dan udara instrumen.

;. &elakukan evaluasi investasi modal, biaya pengolahan atau produksi dan biaya

yang berkaitan dengan $ performance dari proses%

>. &enyusun alat"alat pabrik, tata letak alat, menentukan material konstruksi yng

dipandang paling sesuai berdasarkan pertimbangan segi korosi, kekuatan dll.

=. al lain yang masih perlu mendapatkan perhatian ialah# pemeliharaan dan

perawatan alat"alat, $ performance% dan sebagainya.

T*&("aa& Te"&*" %rePera&'a&( Pre

Pada garis besarnya perancangan proses dapat dibedakan dalam 4 katagori perancangan#

1) Quick atau horseback process design

Pekerjaan ini sering dikerjakan pada tahapan penelitian dari suatu proyek.

arenaM data yang tersedia biasanya tebatas atau minim sehingga hasilnya masih

kurang teliti. etelitian biaya hanya mencapai G.

2) Preliminary peocess design

emungkinan pekerjaan ini dilakukan pad tahap $ pilot plant % dari suatu proyek.

Sesuai dengan waktu dan dat yang tersedia, hasil perhitungan perancangan cukup

1;


18/40

terperinci (detail). &isalnya perhitungan neraca bahan dan neraca panas telah

dapat disusun cukup lengkap. &aka evaluasi ekonomi sudah lebih mendekati

ketelitian ( fairly accurate)

) !inal design

Pada tahap perancangan ini, perhitungan perancangan proses sudah lengkap dan

terperinci. Bambar alat"alat lebih detail dan evaluasi biaya sudah mencapai yang

paling teliti (most accurate). 9alaupun demikian, sampai pad tahap konstruksi

dan tahap operasi masih dimungkinkan adanya petubahan peralatan.

. A&a$** #a& e=a$!a* e"&m* +economic analysis and economic e"aluation

Suatu industri atau perusahaan selalu berusaha untuk mencapai keuntungan yang

maksimal disetiap periode waktu kerja. 8erarti bahwa dalam tugas perancangan, tidak

hanya peninjauan dari segi kinetik saja, tetapi juga diperlukan pertimbangan dari segi

ekonomi (biaya, harga dll)

&isalnya dalam pemilihan peralatan, selain tipe dan spesifikasi alat yang

diperhatikan, maka keamanan dan kemudahan operasional, perawatan, biaya operasi

dan seterusnya juga perlu dipertimbangkan.

&aka perlu dijawab pertanyan#

1) !pa yang harus dikerjakan dalam pabrik agar diperoleh keuntungan7

) 8erapa besarnya biaya operasi, penanaman modal7

4) 8erapa keuntungan yang diperoleh7

-) an lain"lain

Sehingga perlu dibuat neraca ekonomi agar diketahui secara pasti bahwa perancangan

pabrik tersebut dapat menghasilkan keuntungan.

5. Te"&*" %r;e" + pro#ect engineering

Project engineering adalah kegiatan setelah proyek perancangan yang telah dikerjakan

oleh kelompok sebelumnya. Project engineering sebagai bagian yang akan dibangun

dan bahkan dianalisis sebagai proses lagi. Perancangan dan pembangunan pabrik

tidak dapat diselesaikan secara baik hanya oleh satu bidang ilmu teknik kimia saja,

1>


19/40

tetapi perlu koordinasi dengan bidang eknik lainnya seperti teknik sipilN teknik

mesin, teknik elektro, juga bidang ilmu manajemen, ekonomi dsb

9. Te"&*" "&r!"* $construction engineering

:. Te"&*" %era* +operation engineering

>. Te"&*" %e&e$**a& %aar $market research engineering

1=


20/40

BAB III

STRUKTUR SISTEM PROSES

egiatan proses mengubah suatu bahan menjadi produk secara keseluruhan dapatdipandang sebagai sebuah struktur sistem proses yang terdiri atas sub"sub sistem yang

menggambarkan suatu tahapan perancangan proses.

Penggambaran rangkaian struktur system proses diperlukan untuk memudahkan suatu

pemecahan masalah perancangan proses.

!liran informasi merupakan nilai peubah"peubah yang terlibat dalam perancangan,

seperti komposisi, suhu, tekanan, laju alir, enthalpi. omposisi, suhu dan tekanan

merupakan peubah intensif, yang bebas terhadap jumlah bahan (laju alir).

1. U&*4!&* ;a&( a#a #a$am %re %r#!"*

alam proses produksi, diinginkan hasil dengan efisiensi yang setinggi"tingginya

baik dari segi teknis maupun ekonomis. 2ujuan ini diwujudkan dalam praktek dengan

jalan melakukan operasi dengan upaya hasil yang sebanyak"banyaknya, waktu singkat

dan biaya rendah. Pengolahan'proses yang dilakukan meliputi pengolahan fisika yaitu

perubahan"perubahan fisika yang dihubungkan dengan penanganan secara industri

@

Bambar 1. Aangkaian struktur system proses

Penyimpanan

bahan dasar

Penjual"

an

Pemisahan

produk

Penyimpan"

an umpan

Aeaksi

(Aeaktor)

Pemurnian

produk

Penyimpan"

an produk

aur ulang bahan yang

tidak bereaksi

asil samping

:imbah

5nit persiapan bahan baku'row material

5nitreaksi'sin

tesis5nit finishing


21/40

terhadap bahan"bahan kimia maupun lainnya, inilah yang disebut 5*


22/40

" Penyesuaian komposisi# miEer, blender, tangki berpengadul dll

!lat transportasi dan penempungan

3ontoh# belt conveyor, elevator, pompa I pipa

2anki"tanki penampung, silo dll

II. U&* Pe&($a-a&*&e*rea"*

5nit ini bertugas mensintesis'mereaksikan bahan dasar untuk mengubah menjadi

senyawa hasil yang diinginkan. Pengolahan dapat bersifat fisika maupun kimia.

5ntuk pengolahan bahan dasar, pada umumnya diperlukan tenaga dalam bentuk

panas listrik, cahaya maupun tenaga fisik (pukulan, gesekan dll).

Panas sebagai tenaga, sebagian besar diperlukan dari pembakaran bahan bakar (gas

alam, minyak bumi, arang batu), tenaga matahari, tenaga panas reaksi kimia, tenaga

nuklir dsb. alam industri efisiensi penggunaan energi ini penting sekali.

Pada unit pengolahan, bahan baku diubah menjadi hasil'produk. Sedang alat untuk

tempat terjadinya reaksi kimia disebut REAKTOR. Pada umumnya reakstor

dilengkapi dengan alat"alat penyesuaian kondisi operasi. ondisi operasi yang

dimaksud adalah # suhu, tekanan, perbandingan pereaksi'komposisi.

asil dari unit pengolahan ini masih berupa campuran dengan sisi bahan baku yang

tidak bereaksi, hasil samping, inert dan lain"lain, yang masih emerlukan pemurnianatu pengolahan lanjut agar diperoleh spesifikasi hasil yang diinginkan yang di proses

lanjut pada unit


23/40

Serangkaian alat"alat yang ada dalam masing"masing unit dapat digambarkan dalam

bentuk diagram alir ( flow diagram)

PROSES KIMIA DALAM UNIT PENGOLAHANSINTESIS

5ntuk mempelajari proses kimia dalam unit pengolahan, dapat ditinjau dalam segi,

yaitu#

1. !lat'tempat

. Sintesis atau reaksi

1. A$aem%a

Sebagai tempat terjadinya reaksi pengolahan, siperlukan alat yang disebut A/!2DA.

Aeaktor ini harus bisa memenuhi persyaratan tertentu yang harus disesuaiakan dengan

sifat bahan yang diolah dan sifat bahan yang dihasilkan. &isalnya# alat harus tahan

terhadap korosi, tahan terhadap tekanan, tahan terhadap suhu tinggi dsb.

emikian juga karena kondisi reaksi (tekanan, suhu dan konsentrasi dsb) untuk suatu

reaksi perlu diatur dan diawasi untuk menghasilkan hasil yang diinginkan, maka

biasanya reakstor dolengkapi dengan alat"alat penunjuk'indikator dan alat"alat

pengontrol'pengatur.

2ermasuk sebagai alat penunjuk antara lain# termometer, p meter dsb.


24/40

K*&e*"a

igunakan antara lain

1. &emahami mekanisme reaksi

. &enghutung ukuran reaktor

4. &emperkirakan usaha"usaha yang dapat ditempuh untuk mempelajari reaksi

yang berjalan lambat dan reaksi yang berjalan terlalu cepat agar dapat dikontrol

Term#*&am*"a

igunakan antara lain untuk#

1. &emperkirakan energi'panas yang diperlukan (endotermis) atau energi'panas

yang dikeluarkan (eksotermis) dari reaksi kimia

. &emperkirakan konversi maksimum yang dapat dicapai pada kesetimbangan

4. &emperkirakan usaha"usaha yang dapat ditempuh untuk memperbesar konversi

kesetimbangan

Ua-a4!a-a !&!" mem%er'e%a rea"* #a& mem%er)ear "&=er* #**&@a! #ar*

"*&e*"a

&isalnya reaksi#

a! I b8 c3 I d

ecepatan reaksi#

" r ! K k (!)a (8) b

eterangan#

" r ! # kecepatan berkurangnya !

k # konstanta kecepatan reaksi

(!) # konentrasi reaktan !

(8) # konsentrasi reakstan 8

a,b # pangkat'tingkat reaksi

ukum !rrhenius mendefinisikan #

/'A2!ek −=

-


25/40

eterangan#

! # faktor frekwensi tumbukan

/ # tenaga aktifasi

A # 2etapan gas

2 # suhu reaksi (o)

2erlihat bahwa k, dipengaruhi oleh !, / dan 2

1 /a"r /re"e&* !m)!"a& +A

aktor frekwensi tumbukan dipengaruhu oleh#

Sifat pencampuran pereaksi. 6ika pereaksi tidak saling melarutkan atau tidak

dapat bercampur secara sempurna maka diperlukan pengaduk, sirkulasi

:uas permukaan

5ntuk memperbesar faktor tumbukan diusahakan pereaksi berupa gas atau cair.

6ika pereaksi berupa ?at padat maka perlu dilakukan gasifikasi atau dibuat

partikel"pertikel kecil (penumbuka)

Salah satu pereaksi dibuat eEcess

Pemihihan pereaksi yang dibuat eEcess adalah pereaksi yang lebih mudah

didapatkan, harga lebih murah, jumlah melimpah dll.

2 Te&a(a a"*=a*

2enaga aktivasi adalah tenaga awal yang diperlukan agar reaksi dapat berlangsung .

2enaga aktivasi ini dapat diperbesar atau diperkecil oleh suatu katalisator.

atalisator positif# memperkecil tenaga aktivasi sehingga mempercepat reaksi.

atalisator negatif (inhibitor) # memperbesar tenaga aktivasi sehingga

memperlambat reaksi.


26/40

3 S!-! +T

ari persamaan /'A2!ek −=

*ilai k dipengaruhi oleh suhu (2). 8ila 2 dinaikkan, maka harga /'A2 kecil dan k

makin besar (reaksi berjalan makin cepat). isamping dipengaruhi oleh besarnya harga k,

kecepatan reaksi juga dipengaruhi oleh konsentrasi peraksi (!) dan (8), yang dapat

ditempuh dengan menggunakan konsentrasi pereaksi yang tinggi dan

memperkecil'meniadakan inert dari campuran pereaksi.

Ua-a mem%er$a- -a*$ ;a&( )ear #* *&@a! #ar* erm#*&am*"a

3ontoh reaksi#

dc3 b8a!

k1

k)

+ →←+

Pada keadaan kesetimbangan berlaku hubungan sbb#

ba

dc

1

(8) (!)

() (3)

k

k == F

( ) K konsentrasi

K konstanta kesetimbangan

5ntuk gas berlaku# P n

n(!)

t

!

=

&aka,

b)(ad)(c

tn

P

b8

na!

n

d

nc3

n

+−+

=

eterangan# a, b, c, d # koefisien reaksi

n!, n8, n3, n # jumlah mol komponen

P # tekanan

nt # jumlah mol total (n! I n8 I n3 I n I ninert)

8esarnya harga k dipengaruhi oleh suhu reaksi, sedangkan dari persamaan dapat

dilihat bahwa untuk memperoleh 3 dan yang banyk, dapt ditempuh dengn memakai

0


27/40

(!) dan (8) yang tinggi, dan perbandingan pereaksi yang baik,sehingga hasil perkalian

(!)a E (8) b maksimum.

5saha lain yaitu mengusir salah satu hasil 3 atau dari campuran hasil reaksi. 6ika hasil

yang diinginkan adalah , maka 3 yang segera diusir atau sebaliknya. Pengusiran salah

satu hasil akan mengakibatkan hasil yang terbentuk terus"menerus (maksimum).

6ika hasil yang diinginkan adalah , maka#

d)(c b)(a

tn

P

c3

n

b

8

na

!

n

n

atau,

b)(ad)(c

P

tn

c3

n

b8

na!

nn

+−+

=

+−+

= K

U&!" mem%er$e- -a*$ D ;a&( )a&;a" #a%a #*em%!- #e&(a&

1. dibuat besar #

6ika reaksi eksotermis, makin rendah suhu, makin besar.

6ika reaksi endotermis, makin tinggi suhu, makin besar harga .

. onsentrasi ! dan 8 yang dipakai diusahakn tinggi

4. Salah satu hasil diusir, misalnya 3 sehingga n3 kecil, maka n menjadi besar.

-. Perbandingan pereaksi yang tepat

. 2ekanan#

" 8ila (a I b) C ( c I d) positif, maka tekanan tinggi menguntungkan.

" 8ila (a I b) C ( c I d) negatif, maka tekanan tinggi tidak menguntungkan.

" 8ila (a I b) C ( c I d) adalah nol, maka tekanan tidak berpengaruhi.

kesetimbangan

0. 6umlah mol total dipengaruhi inert#" 8ila (a I b) C ( c I d) positif, maka adanya inert tidak menguntungkan

" 8ila (a I b) C ( c I d) negatif, maka adanya inert menguntungkan

adang"kadang usaha dari segi termodinmika bertolak belakang dengan usaha ditinjau

dari segi kinetika, maka perlu dicari optimasi melalui penelitian. emikian juga

;


28/40

kemampuan alat, kestabilan senyawa"senyawa dan efisiensi tenaga akan menjadi batasan

usaha yang ditempuh untuk mendapatkan hasil yang optimal dengan waktu singkat.

Sebagai contoh.

Penentuan suhu (2), jika ditinjau dari segi kinetika semakin tinggi suhu, hasil (produk)

semakin tinggi, namun penentuan suhu (2) jika dilihat dari segi termodinamika belum

tentu jika suhu tinggi akan menghasilkan produk yang besar, bahkan bisa sebaliknya

justru mengurangi hasil (produk).

Me&e&!"a& !-! %*m!m

Pre Eerm*

Pre E"erm*

>

E

E


29/40

BAB, I?

ANALISIS DAN SINTESIS PROSES

=

E

E

2 optimumSuhu (2)


30/40

A. Ta-a%a& S*&e* %re

Perancangan proses adalah suatu kegiatan berurutan secara sistematis dan terpadu

dalam bentuk sintesis. Pendekatan atau pola sintesis yang menjadi ciri perancangan

adalah bagaimana suatu masalah yang sulit dan kompleks diurai menjadi beberapa

masalah yang lebih mudah. asar perancangan proses kimia, yaitu masing"masing

dikembangkan oleh Audd dan 9aston (1=;4), ouglas (1=>>) serta Seider, et al (1===),

meliputi lima tahapan yaitu#

1) Pemilihan proses

) Pemilihan jalur proses

4) !lokasi bahan atau pereaksi

-) Pertimbangan teknik pemisahan

) Pemilihan operasi pemisahan

0) Pemaduan atau integrasi rancangan tahap 1 sampai

1. Pem*$*-a& Pre

ampir dapat dipastikan bahw a produk"produk yang kompetitif dan berhasil

diproduksi secara komersial senantiasa berasal dari perjalanan panjang yang bermula

dari strategi penelitian dalam memilih proses yang tepat. al ini berkaitan dengan proses kimia atau biokimia, bahwa suatu produk dapat dihasilkan atau disintesis

melalui berbagai alternatif reaksi atau proses. Sebagai contoh#

S;&ea %-e&$ dapat dilakukan melalui (lima) macam proses yaitu#

1. Proses sulfonasi

. Proses chloroben?ena

4. Proses katalitik

-. Proses oksidasi toluene

. Proses hidroperoksid cumen

S;&ea ?*&*$ C-$r*#a dapat dilakukan melalui 4 (tiga) macam proses yaitu#

Pre 1

4@


31/40

3lchlorida)(hidrogen

3l4

3

chlorida)(vinil

3l-

3

etane)(dichloro

3l

-

3

etane)(dichloro

3l

chlorida)(-

3

etilena)(

+ →

→ +

panas

Pre 2

3l4

3

chlorida)(vinil


-

3

etilena)(

→ +

Pre 3

3l

chlorida)(hidrogen

3l4

3

chlorida)(vinil

3l-

3

etana)(dikhoro

D

(water)

3l-

3

etana)(dikhoro

-

3

(etilena)

D

1

(oksigen)


+ →

+ → ++

panas

ari masing"masing proses tersebut diatas dipilih salah satu proses yang terbaik.

8agaimana cara memilihnya7 8erikut ini diberikan beberapa faktor pertimbangan untuk

pemilihan proses, tanpa harus membuat kalkulasi teliti atau perancangan detail. 8eberapa

faktor pertimbangan sebagai pembanding pemilihan proses antara lain sebagai berikut#

/a"r Te"&* Ba-a& Ba"! Ha*$ Pr#!" Pera$aa&" emudahan

operasi (kondisioperasi'proses, seperti

tekanan, suhu dll)" emungkinan

pengembangan dimasa

mendatang" eamanan dan

bahaya

" Persediaan

bahan baku saat inidan masa yang akan

datang" Persediaan

bahan pembantu

seperti atalis" Penyimpanan

yang diperlukan" 3ara

pengangkutan

" 6umlah yang

dihasilkan ataukonversi

" asil

samping" :imbah

" Aancangan

peralatan

2. Pem*$*-a& @a$!r rea"* aa! %re

6alur reaksi atau proses merupakan tahapan yang sangat penting dalam sintesis

atau perancangan proses. Pada pemilihan awal jalur reaksi atau proses, dua

pertimbangan pokok selalu dijadikan kriteria utama, yaitu teknis dan akonomis.

Pertimbangan teknis berkaitan dengan stokiometri reaksi dan jalur sintesis atau proses

41


32/40

(reactionpath!. Pada tahapan ini aspek"aspek teknis yang berkaitan dengan

pengubahan reaksi dari skala la boratorium ke teknik operasional skala yang lebih

besar perlu diperhatikan dan dipecahkan. Dleh sebab itu pada umumnya seorang

perancang proses, biasanya berkonsultasi dengan pakar proses (kimia dan biokimia).

alam pertimbangan jalur proses, pendaur ulangan (recycling ) reaksi juga menjadi

salah satu pilihan untuk meningkatkan kinerja proses.

Pertimbangan ekonomi jalur reaksi atau proses dapat ditentukan secara cepat

dengan analisis produk C konsumsi atau analisis nilai tambah. !nalissi ini dilakukan

dengan menghitung berapa nilai tambah yang dapat dihasilkan dari suatu rangkaian

reaksi'proses. engan mengetahui neraca massa proses atau stokiometri reaksi, serta

nilai masing"masing bahan tersebut secara mudah dapat diprakirakan nilai tambah

yang dihasilkan dari proses atau jalur yang dipilih adalah jalur yang mempunyai nilai

tambah positif. Sema"*& *&((* &*$a* ere)!, ema"*& )ear %e$!a&( !&!"

#*%*$*-.

3ontoh#

1. Pemilihan jalur proses dengan recycle hal -0 (Produksi isopropil alkohol)

. Proses solvey (.-.1) hal -

3ontoh#

Suatu reaksi esterifikasi untuk menghasilkan ester (isopropil asetat) dari isopropil alkohol

dan asam asetat, akan dikaji kemungkinan pengembangannya

Aeaksi#

D

1

air 4

DD331;

14

3

asetat)(isopropyl

3DD14

31

asetat)(asam

D1;1

43

alkohol)(isopropyl

+ →←+

onversi pembentukan isopropyl asetat adalah 0@G, sedangkan nilai masing"masing pereaksi dan produk sebagai berikut F (Aupiah'kg)

!sam asetat K Ap ;.@@@,"'kg F isopropyl alcohol K Ap 0@.@@@,"'kg dan isopropyl asetat

K Ap 1@@,@@@,"'kg

2unjukkan bahwa reaksi tersebut secara awal dapat dipertimbangkan untuk diterapkan

pada pengembangan proses lebih lanjut.7

4


33/40

44


34/40

4-


35/40

4


36/40

40


37/40

3. A$"a* )a-a& aa! %erea"*

alam alokasi bahan pertimbangan utama adalah bagaimana dapat

menyediakan berbagai bahan yang diperlukan dalam jalur proses yang akan

dikembangkan. 8ahan yang diperlukan sebagai pereaksi kimia harus dapat diperoleh

pada semua jalur proses , baik dalam aliran sumber bahan dasar maupun aliran

buangan (purging) dari reaktor. emikian pula produk reaksi dan pereaksi yang tak

terkonversi (sisa) dapat dialirkan sebagai daur ulang (recycle) sebagai produk proses.

atau sebagai limbah untuk diproses. (S!r;a&*, A #a& Ma&(!&*#@a;a, D. 2002)


38/40

. Per*m)a&(a& e"&*" %em*a-a& aa! %re -*$*r

Proses yang diterapkan untuk mengubah bahan dasar menjadi produk, selain

proses utamanya juga melibatkan operasi pemisahan baik yang dilakukan pada

persiapan, jalur proses maupun pemurnian produk. !gar supaya dapat menerapkan

pemisahan secara ekonomis, maka perancang proses harus dapat memilih dengan

tepat proses pemisahan tersebut berdasarkan sifat fisika dan kimiawi bahan yang

terlibat dalam proses. 8erdasarkan perbedaan yang sangat nyata antar bahan"bahan

tersebut, dapat dipilih suatu alternatif pemisahan yang ekonomis.

2erdapat banyak ragam teknik pemisahan yang dapat diterapkan dalam suatu

proses, dan dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok besar yaitu#

a) Pemisahan berdasar peristiwa kesetimbangan fasa (e"uilibrium seperation

process). Pemisahan berdasarkan kesetimbangan fasa meliputi# evaporasi,

distilasi, ekstraksi, penyerapan (absorpsi), kristlisasi, penjerapan (adsorpsi),

pengeringan, pencucian, osmosis, fraksinasi, flotasi (pengapungan), pemisahan

magnetik, kromatografi, pengeringan beku, filtrasi gel.

b) Pemisahan yang terjadi sebagai akibat laju (rate governed separation)

Pemisahan yang terjadi sebagai akibat laju meliputi# difusi gas, difusi termal,

spektrometri massa, dialisis, elektroforesis, permeasi gas, elektrodialisis,

ultrasentrifugasi, osmosis balik (reverse osmosis), ultrafiltration, distilasi

molekuler.

c) Pemisahan secara mekanik, meliputi # filtrasi, pengendapan, siklon dan

pengendapan elektrostatis.

ari ketiga kelompok pemisahan, dapat di lihat pada 2abel -"1"1 (halaman 1@0)

an

3ontoh buku pak jumali contoh , hal 1;- , atau hal 1>; process synthesis

5. Pem*$*-a& %era* %em*a-a&

Pemilihan operasi pemisahan sangat diperlukan untuk melakukan

tahapan'urutan pemisahan sehingga diperoleh penyelesaian yang tepat, mengingat

4>


39/40

begitu ragamnya sifat fisika dan kimia pada bahan serta produk dan jenis pemisahan

yang dapat diterapkan. 3ara yang dikembangkan oleh Audd dan 9atson, 1=;4F

ouglas, 1=>> F Seider et al, 1===, adalah teknik heuristik, yang merupakan urutan

pemilihan yang dilakukan bertahap sampai diperoleh penyelesain yang paling baik.

Pokok"pokok dalam tatacara heuristik pemilihan operasi pemisahan adalah

sebagai berikut#

!pabila dalam aliran bahan antara sumber dan tujuan terdapat perbedaan

komposisi, maka pemisahan merupakan tahap awal yang harus dikerjakan

:akukan pengurangan beban pemisahan ( separtion load ) sedapat mungkin,

!pabila memungkinkan, lakukan pengurangan beban pemisahan dengan cara

pemisahan ( splitting! dan pencampuran

alam pemisahan, komponen yang paling berharga dilakukan pemisahan paling

awal

2ahapan yang pemisahan yang tersulit, tempatkn paling akhir dari rangkaian

proses

!pabila dalam proses, digunakan bahan bantu atau bahan asing, lakukan

pemisahan bahan tersebut sesaat selesai dari proses yang bersangkutan

Pada operasi distilasi, usahakan bahan berharga dan yang diperlukan terdapat di

dalam fraksi distilat

8. Pema#!a& ra&'a&(a&

Pekerjaan sistesis merupakan perpaduan antara tahapan reaksi proses dan

tahapan pemisahan. ua tahapan tesebut pada akhir sintesis harus dipadukan menjadi

suatu rangkaian aliran proses yang efisien, dan ekonomis. Dleh karena itu tingkat

efisiensi dan ekonomis proses juga sangat bergantung pada seberapa jauh efisiensi

penggunaan energi.

Selain itu dalam pemaduan proses juga harus dimasukan atau dirancang

operasi"operasi alat bantu yang mungkin terlibat dalam proses, seperti penyiapan

bahan dasar (pemanasan'pendinginan, penghancuran, kompresi dan lain"lain), pada

tahapan proses (alat kontrol'indikator # suhu, tekanan, laju'aliran), serta penanganan

4=


40/40

produk (pemanasan'pendinginan, pemurnian, penggilingan, pembubuhan aditif,

penggumpalan, penepungan dan lain"lain)

Pemaduan rancangan tersebut dibuat suatu diagram alir proses yang

melibatkan diagram peralatan secara lengkap, dalam teknik kimia disebut % #rocess

$ngineering %low Diagram'P/)

Materi Ppk

Documents