1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Udara merupakan salah satu sumber daya alam yang paling penting bagi manusia. Ketersediaan udara yang melimpah di muka bumi ini membuat manusia tidak perlu mengeluarkan biaya dalam memanfaatkannya, namun tidak semua orang tahu bahwa selain oksigen masih ada kandungan udara lainnya yang bisa dimanfaatkan seperti nitrogen dan argon. Seiring dengan kemajuan teknologi, udara yang mulanya mengandung berbagai macam jenis gas dapat dipisahkan berdasarkan sifat fisiknya seperti titik didih masing-masing komponen gas sehingga mendatangkan nilai ekonomis. Dalam dunia industri saat ini, kandungan udara seperti nitrogen, oksigen, dan argon yang akan digunakan untuk proses produksi diperoleh dari udara bebas. kandungan nitrogen di alam bebas sebanyak 78,08%, oksigen sebanyak 20,95%, argon 0,93%, dan lain-lain 0,04%. Gas-gas tersebut kemudian mendapatkan beberapa perlakuan sehingga nantinya terjadi perubahan fase dari gas menjadi cairan. Gas oksigen diperlukan untuk pembakaran dan sebagian besar manfaatnya untuk industri dan medis. Gas nitrogen digunakan untuk keperluan industri, medis, laboratorium,dan industri makanan, sedangkan gas argon digunakan untuk pengelasan TIG ( Tungsten Inert Gas ) yang berfungsi untuk pengelasan berkualitas tinggi dengan kecepatan peleburan atau penyatuan yang rendah dan MIG (Metal Inert Gas ) berfungsi untuk peleburan atau penyatuan logam dengan kecepatan tinggi dan sedang, sebagai gas pengisi dalam lampu pijar, lampu neon, dan sebagai mix gases. Pabrik pengolah udara ini diharapkan mampu memenuhi kebutuhan gas industri, mengingat perannya terhadap pertumbuhan pabrik – pabrik lain yang membutuhkan. Contoh industri yang membutuhkan produk gas tersebut adalah : TEKNIK KIMIA UBH PADANG DITA YULIA PUTRI
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Udara merupakan salah satu sumber daya alam yang paling penting bagi
manusia. Ketersediaan udara yang melimpah di muka bumi ini membuat manusia
tidak perlu mengeluarkan biaya dalam memanfaatkannya, namun tidak semua
orang tahu bahwa selain oksigen masih ada kandungan udara lainnya yang bisa
dimanfaatkan seperti nitrogen dan argon. Seiring dengan kemajuan teknologi,
udara yang mulanya mengandung berbagai macam jenis gas dapat dipisahkan
berdasarkan sifat fisiknya seperti titik didih masing-masing komponen gas
sehingga mendatangkan nilai ekonomis.
Dalam dunia industri saat ini, kandungan udara seperti nitrogen, oksigen,
dan argon yang akan digunakan untuk proses produksi diperoleh dari udara bebas.
kandungan nitrogen di alam bebas sebanyak 78,08%, oksigen sebanyak 20,95%,
argon 0,93%, dan lain-lain 0,04%. Gas-gas tersebut kemudian mendapatkan
beberapa perlakuan sehingga nantinya terjadi perubahan fase dari gas menjadi
cairan.
Gas oksigen diperlukan untuk pembakaran dan sebagian besar manfaatnya
untuk industri dan medis. Gas nitrogen digunakan untuk keperluan industri,
medis, laboratorium,dan industri makanan, sedangkan gas argon digunakan untuk
pengelasan TIG ( Tungsten Inert Gas ) yang berfungsi untuk pengelasan
berkualitas tinggi dengan kecepatan peleburan atau penyatuan yang rendah dan
MIG (Metal Inert Gas ) berfungsi untuk peleburan atau penyatuan logam dengan
kecepatan tinggi dan sedang, sebagai gas pengisi dalam lampu pijar, lampu neon,
dan sebagai mix gases. Pabrik pengolah udara ini diharapkan mampu memenuhi
kebutuhan gas industri, mengingat perannya terhadap pertumbuhan pabrik –
pabrik lain yang membutuhkan. Contoh industri yang membutuhkan produk gas
tersebut adalah :
TEKNIK K
IMIA
UBH P
ADANG
DITA YULIA
PUTRI
2
1. Pabrik Petrokimia yang membutuhkan Nitrogen sebagai salah satu
penunjang dalam prosesnya atau sebagai gas purge.
2. Pabrik makanan dan minuman menggunakan Nitrogen liquid untuk
membekukan dengan cepat beberapa jenis makanan dengan
meminimalkan kerusakan sel dari kristal es, memperbaiki penampilan,
rasa dan textur.
3. PT. Trimitra Wisesa Abadi membutuhkan Argon dan Oksigen sebagai
penunjang pembuatan boiler, pressure tank, sebagai contohnya untuk
pengelasan
4. Pabrik Pembuatan gelas atau kaca yang membutuhkan gas oksigen dan
argon untuk melebur kaca supaya mendapatkan hasil yang lebih baik.
5. Pabrik pembuatan lampu membutuhkan gas argon sebagai bahan pengisi
tabung lampu.
Dalam memproduksi gas nitrogen, oksigen dan argon menggunakan
suatu plant yang bernama ASU ( Air separation unit ). ASU merupakan unit
pemisahan udara dengan menggunakan sistem distilasi bertekanan. Pemisahan
tersebut berdasarkan perbedaan titik didih dari masing – masing fraksi gas
yang terdapat di udara. Dengan berdirinya pabrik Industri gas ini akan
membutuhkan banyak tenaga kerja dan akan membuka banyak lapangan kerja
dan otomatis akan mengurangi pengangguran di Indonesia, khususnya di Riau.
1.2 Kapasitas
Besarnya kapasitas pabrik pembuatan gas oksigen, nitrogen dan argon
dapat ditentukan berdasarkan orientasi produk dan dapat juga mengacu kepada
pabrik gas yang sudah ada atau mengacu kepada kebutuhan gas dalam negeri,
seiring meningkatnya industri yang menggunakan gas oksigen, nitrogen dan
argon. Pemakaian gas tersebut tidak hanya pada industri baja tetapi pada industri
medis, makanan, dan perhotelan. Dari hasil pertumbuhan tersebut maka
kebutuhan gas oksigen, nitrogen dan argon dalam industri meningkat.
TEKNIK K
IMIA
UBH P
ADANG
DITA YULIA
PUTRI
3
Industri-industri yang mengolah gas oksigen, nitrogen dan argon adalah
sebagai berikut :
1. PT. Samator Gas Industri, Jawa Timur kapasitas 260.383 ton/tahun
2. PT. Samator Gas, Batam kapasitas 126.000 ton/tahun
3. PT. Samator Gas, Subang kapasitas 160.000 ton/tahun
4. PT. Duta Surya Sukses, Batam kapasitas 250.920 ton/tahun
Tabel 1.1 Kebutuhan gas oksigen, nitrogen, argon di Indonesia
Tahun Kebutuhan gas oksigen nitrogen argon
(ton/tahun)
2009 102150,045
2010 137101,455
2011 154396,305
2012 125029,485
2013 261299,68
(sumber: www.bps.go.id)Data dari Kebutuhan gas oksigen, nitrogen argon dapat diketahui
kebutuhan masa yang akan datang.
Gambar 1.1 Prediksi Kebutuhan Gas Oksigen, Nitrogen, Argon
TEKNIK K
IMIA
UBH P
ADANG
DITA YULIA
PUTRI
4
Pabrik gas oksigen, nitrogen, argon direncanakan akan beroperasi pada
tahun 2018. Dari hasil prediksi, kebutuhan gas oksigen, nitrogen, argon untuk
tahun tersebut adalah 305.890 ton/tahun. Dan pabrik yang beroperasi nanti
direncanakan akan memenuhi 40% jumlah produksi pada tahun tersebut, yaitu
sebesar 150.000 ton/tahun.
1.3 Lokasi Pabrik
Penentuan lokasi pabrik merupakan salah satu hal yang sangat penting
dalam mendirikan suatu industri dimana penentuan ini berdasarkan pada faktor
teknis maupun ekonomis yaitu diharapkan dapat memberikan keuntungan yang
maksimum bagi pendiri pabrik maupun bagi masyarakat disekitar pabrik yang
akan didirikan.
Tabel 1.2 Analisa SWOT Pabrik gas
Lokasi VariabelInternal Eksternal
Strength(Kekuatan)
Weakness(Kelemahan)
Opportunities(Keuntungan)
Threat(Tantangan)
Jalan Tujuh Putri.
Kecamatan Teluk
Binjai, Kota
Dumai,Provinsi
Riau
Bahan Baku Gratis
Pemasaran Transportasi Darat
Transportasi Laut
Dekat Pelabuhan
Kelang
Utilitas Penyediaan air
diperoleh dari air
PDAM
Berada dikawasan
industri
SDM SDM yang
berkualitas bisa
didapat dari SDM
dari universitas di
Riau
Kondisi
daerah
Iklim cukup
stabil,temperatur
normal
Jarang terjadi bencana
alam seperti banjir
Kuala enok,
Indragiri Hilir
Bahanbaku
Gratis
TEKNIK K
IMIA
UBH P
ADANG
DITA YULIA
PUTRI
5
Dari analisis SWOT pada Tabel 1.2 di atas dapat disimpulkan bahwa
pemilihan lokasi pabrik yang lebih berpotensi di Jalan Putri Tujuh, Kecamatan
Teluk Binjai, Kota Dumai, Provinsi Riau. Peta lokasi dapat dilihat pada Gambar
1.2
Gambar 1.2 Peta lokasi Pendirian Pabrik
Pemasaran Transportasi darat
Transportasi Laut
Minimnya alattransportasi
Dekat denganPelabuhan SamudraKuala
Kondisi jalanmenuju Kualaenokmemprihatinkan
Utilitas Dekat dengansumber air
TenagaKerja
Dapat diperolehdari penduduk yangbermukim di sekitarpabrik
KondisiDaerah
Rawanbencana alamseperti :longsor
TEKNIK K
IMIA
UBH P
ADANG
DITA YULIA
PUTRI
6
Pabrik Gas akan didirikan di Jalan Putri Tujuh, Kecamatan Teluk Binjai,
Kota Dumai, Provinsi Riau Alasan pemilihan daerah ini sebagai lokasi disebabkan
oleh beberapa faktor sebagai berikut:
1. Pemasaran dan Transportasi
Produk gas yang dihasilkan ditujukan untuk memenuhi permintaan
pasar dalam negeri seperti PT. Riau Sakti United Plantation membutuhkan
gas nitrogen, PT. Pasific Indo Palm membutuhkan gas oksigen, PT. Putri
Salju Satria membutuhkan gas argon dan PT. Darya-Varia Laboratoria Tbk.
Lokasi pabrik dekat dengan sarana transportasi baik darat maupun laut
(pelabuhan Kelang) sehingga distribusi bahan baku dan produk dapat berjalan
lancar.
2. Tenaga Kerja
Kebutuhan tenaga kerja di Riau cukup banyak tersedia sehingga dapat di
datangkan dari masyarakat setempat serta dapat juga didatangkan dari
daerah-daerah lain disekitarnya, sehingga kebutuhan tenaga kerja akan
terpenuhi. Sedangkan tenaga ahli diperoleh melalui kerja sama dengan
perguruan tinggi yang ada di Indonesia, salah satunya dari lulusan
universitas yang berada di daerah Riau
3. Utilitas
Kebutuhan air diambil dari air PDAM, dan kawasan industri, sedangkan
kebutuhan listrik dipasok dari PLN dan PLTD
4. Keadaan Iklim dan Bencana Alam
Lokasi ini merupakan daerah yang cukup stabil, temperatur udara
normal dan bencana lain seperti gempa bumi atau banjir besar jarang
terjadi sehingga kemungkinan operasi pabrik berjalan lancar.
TEKNIK K
IMIA
UBH P
ADANG
DITA YULIA
PUTRI
7
BAB II
TINJAUAN TEORI
2.1Tinjauan Umum
2.1.1 Komposisi Gas di Atmosfer
Atmosfer merupakan selimut bumi yang berupa udara dan memiliki
komposisi senyawa beraneka ragam. Udara adalah bagian dari atmosfer bumi
yang merupakan lapisan yang membungkus bumi setebal ± 86 km di atas
permukaan tanah. Senyawa yang paling banyak di atmosfer adalah Nitrogen dan
urutan ke dua adalah Oksigen.
Udara berupa campuran gas bersifat homogen, tak berwarna, tak berbau
dan tak berasa. Udara kering dan bersih mengandung 78,08 % nitrogen, 20,95 %
oksigen, 0,93 % argon dan 0,04 % gas lainnya seperti karbondioksida, neon,
helium, metana, hidrogen dan kripton. Karena kandungan nitrogen, oksigen,
argon, yang cukup banyak, hal ini menyebabkan udara dijadikan sebagai bahan
baku dalam memproduksi nitrogen, oksigen, argon, dengan berbagai tingkat
kemurnian
2.1.2 Gas Oksigen, Nitrogen, dan Argon1. Gas Oksigen
Oksigen adalah unsur ketiga terbanyak yang ditemukan berlimpah di matahari,
dan memainkan peranan dalam siklus karbon-nitrogen, oksigen lebih larut dalam
air dari pada nitrogen. Pada suhu 0 °C, konsentrasi oksigen dalam air adalah 14,6
mg·L−1, pada suhu 20 °C oksigen yang larut adalah sekitar 7,6 mg·L−1. Pada suhu
25 °C dan 1 atm udara, air tawar mengandung 6,04 mL oksigen per liter,
manakala dalam air laut mengandung sekitar 4,95 mL per liter. Pada suhu 5 °C,
kelarutannya bertambah menjadi 9,0 mL (50% lebih banyak daripada 25 °C) per
liter untuk air murni dan 7,2 mL (45% lebih) per liter untuk air laut.
Oksigen cair dengan kadar kemurnian yang tinggi biasanya didapatkan dengan
distilasi bertingkat udara cair. Oksigen cair juga dapat dihasilkan dari
pengembunan udara, menggunakan nitrogen cair dengan pendingin. Oksigen
merupakan zat yang sangat reaktif dan harus dipisahkan dari bahan-bahan yang
TEKNIK K
IMIA
UBH P
ADANG
DITA YULIA
PUTRI
8
mudah terbakar. Pada suhu dan tekanan biasa, oksigen didapati sebagai dua atom
oksigen dengan formula kimia O2.
2. Gas Nitrogen
Nitrogen adalah unsur kimia dalam table periodik yang memiliki lambang
N dan nomer atom 7. Biasanya ditemukan sebagai gas tanpa warna, tanpa bau,
tanpa rasa dan merupakan gas diatomic bukan logam yang stabil, sangat sulit
bereaksi dengan unsur atau senyawa lainnya. Dinamakan zat lemas karena zat ini
bersifat malas, tidak aktif bereaksi dengan unsur lainnya.
Nitrogen mengisi 78,08 % atmosfir bumi dan tedapat dalam banyak
jaringan hidup. Zat lemas membentuk banyak senyawa penting seperti asam
amino, amoniak, asam nitrat dan sianida. Nitrogen memiliki sifat – sifat fisik
sangat dekat dengan oksigen sehingga menyulitkan dalam proses pemisahan
oksigen dan nitrogen. Nitrogen tidak mendukung pembakaran, dan karena
nitrogen adalah suatu gas yang tergolong asphyxiant, maka seseorang dalam
lingkungan yang kaya akan nitrogen akan sangat cepat kehilangan kesadaran dan
dapat meninggal dunia. Nitrogen pada tekanan atmosferik adalah gas yang tidak
berwarna, tidak berasa, tidak berbau. Bila tercairkan, nitrogen 19 % lebih ringan
dari air. Titik didih pada tekanan atmosfer adalah -196ºC (77 K). dan berat
molekulnya 28.013.
3.Gas Argon
Argon simbolnya Ar, merupakan elemen gas terbesar ke tiga di atmosfer
Bumi setelah unsur gas nitrogen dan oksigen. Nama elemen Argon, diambil dari
bahasa Yunani Argos yang artinya tidak aktif, karena Argon tidak mudah ber-
reaksi dengan elemen lain. Argon digunakan bersama dengan gas Neon dalam
industri listrik untuk mengisi lampu neon. Gas Argon berwarna biru. Lampu neon
yang diisi dengan Gas Argon lebih hemat listrik dibandingkan lampu listrik biasa.
TEKNIK K
IMIA
UBH P
ADANG
DITA YULIA
PUTRI
9
2.2 Tinjauan Proses
2.2.1 Klasifikasi Proses Industri Gas
1. Proses Kriogenik
Proses kriogenik merupakan proses produksi gas nitrogen, oksigen dan
beberapa gas lain yang berdasarkan titik didih masing-masing gas. Proses ini
prinsipnya sama dengan proses destilasi bertingkat tetapi suhu yang digunakan
sangat rendah yaitu mencapai -185oC dan tekanan yang besar yaitu 6 atm (UIG,
2009).
Proses kriogenik merupakan proses yang paling banyak digunakan oleh
industri-industri besar dengan kapasitas produk yang sangat besar. Dengan
menggunakan proses ini akan di peroleh gas dengan kemurnian yang tinggi sekitar
± 99,9%. Pada proses kriogenik bahan baku yang digunakan berupa udara bebas
yang diambil dari atmosfer. Ada dua tahapan proses untuk mendapatkan produk
yaitu :
a. Proses Penyaringan dan Kompresi
Udara sebagai bahan baku dilewatkan kebagian adsorben untuk menghilangkan
kotoranya. Adsorben yang digunakan berupa zeolit dan silika gel yang kemudian
akan menyerap karbon dioksida dan hidrokarbon yang memiliki molekul lebih
berat serta sisa air yang ada. Selain itu juga dapat mengunakan alumium yang
merupakan senyawa penukar kalor sehingga karbon dioksida dan air akan
membeku terlebih dahulu kemudian dipisahkan, cara yang kedua ini cukup efektif
sehingga banyak diterapkan pada industri-industri gas yang lain.
Setelah udara di bersihkan dari kotoran udara akan dikompresi dan
diturunkan suhunya hingga mencair kemudian ditransferkan ke kolom pemisahan.
Proses pendinginan dilakukan dengan cara penukaran suhu pada proses yang lain
yang diharuskan adanya suhu tinggi seperti pada proses penguapan pada kolom
pemisahan.
TEKNIK K
IMIA
UBH P
ADANG
DITA YULIA
PUTRI
10
b. Proses Di Kolom Pemisahan.
Proses yang terjadi di dalam kolom meliputi pemisahan destilasi yang
berdasarkan titik didihnya.berikut titik didih masing-masing gas.
Tabel 2.1 Titik Didih Gas
No. Gas Titik Didih (oC)
1. N2 -195
2. O2 -182
3. Ar -185,6
(George T.Austin,1996)
Untuk menghasilkan Nitrogen,cukup dengan satu kolom sedangkan untuk
memisahkan Oksigen dan Argon sangat sulit hal ini dapat dilihat dari tabel di atas
yang menyatakan titik didih kedua gas ini berdekatan sehingga biasanya untuk
mendapatkan oksigen atau argon dengan menggunakan beberapa kolom
pemisahan. Biasanya argon murni diperoleh dari argon mentah yang merupakan
campuran argon dan oksigen yang dipisahkan secara katalis dalam suatau reaktor.
2. Proses Linde-Hampson
Sistem Linde-Hampson mulai digunakan pada tahun 1902, merupakan
sistem pemisahan udara yang sederhana. Uap air dan karbon dioksida dihilangkan
dari udara setelah dikompresi secara isothermal, kemudian udara dilewatkan
melalui preecooling heat exchanger. Udara dari preecooling heat exchanger
selanjutnya didinginkan lebih lanjut melalui bagian bawah coil, yang berfungsi
sebagai reboiler.
Pada sistem linde, di asumsikan sistem yang berlangsung berada dalam
kondisi ideal. Pada kondisi ideal ini, tidak ada ireversibel pressure drop (kecuali
untuk valve), tidak ada kebocoran panas dari lingkungan, dan perpindahan panas
terjadi tanpa ada hilang kalor.
Pada tahap pertama, gas dari kondisi lingkungan dikompresi secara
reversibel dan isothermal. Pada kenyataannya, proses yang terjadi bersifat
adiabatic ireversibel atau konversi politropik yang di ikuti dengan pendinginan
untuk menurunkan temperature gas sehingga kembali sama dengan temperature
lingkungan.
TEKNIK K
IMIA
UBH P
ADANG
DITA YULIA
PUTRI
11
Pada tahap kedua, gas di alirkan melalui heat exchanger yang secara ideal
tidak terjadi perubahan tekanan. Di dalam heat exchanger tidak terjadi perubahan
tekanan, namun terjadi pertukaran panas dengan gas bertekanan rendah yang
menuju kesiklus berikutnya.
Pada tahap ketiga, gas mengalami ekspansi melalui valve ekspansi sampai
tekanan nya sama dengan tekanan awal. Pada akhirnya gas akan berubah menjadi
cairan dan di jaga pada kondisi saturated-liquid.
Sistem Linde-Hampson sederhana tidak dapat digunakan untuk gas neon,
hydrogen, dan helium. Hal ini dikarenakan temperatur maksimum inverse gas
berada di bawah temperature gas ambien, yaitu gas yang melewati valve ekspansi
berada pada kondisi uap.
3. Proses Claude
Sistem claude memanfaatkan dari gas untuk menggerakan mesin ekspansi.
Jika ekspander bersifat adiabatis revesibel, proses ekspansi bersifat isentropic.
Proses isentropic ini menghasilkan lebih banyak penurunan temperatur dari pada
sistem isentalpik. Pada sistem claude gas pertama kali dikompresi hingga
tekanannya mencapai 4 Mpa kemudian dilewatkan menuj heat exchanger
pertama. Setelah melewati heat exchanger pertama, 60-80 % gas atau udara yang
masuk di alirkan ke ekspander. Aliran keluaran dari ekspander di pertemukan
kembali dengan aliran yang masuk kembali ke heat exchanger kedua.
Aliran gas yang akan dicairkan berlanjut ke heat exchanger kedua dan
ketiga. Pada akhirnya valve ekspansi akan mengekspansi aliran menuju ke liquid
receiver. Uap dingin yang berasal dari penampungan liquid akan dikembalikan
lagi ke heat exchanger untuk mendinginkan gas yang masuk. Pada sistem claude,
energy keluaran dari ekspander digunakan untuk membantu menekan gas yang
akan dicairkan.
TEKNIK K
IMIA
UBH P
ADANG
DITA YULIA
PUTRI
12
Tabel 2.2 Perbandingan proses pemisahan udara menggunakan proses