BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
2.1.1 Spesifikasi bahan baku
1. Natrium karbonat
Wujud : padat dan higroskopis
Warna : putih
Titik lebur : 851oC
Kemurnian : 95% (minimal)
Kandungan air : 4,78% (maksimal)
Impuritas : 0,22% (maksimal)
SiO2 = 0,2%
Na2SO4 = 0,02%
2. Asam phosphat
Wujud : cairan
Warna : tidak berwarna
Density (30oC) : 1,65 – 1,72
Kemurnian : 74% (minimal)
Kandungan air : 25,98% (maksimal)
Impuritas : 0,02% (maksimal)
Fe2O3 = 0,005 %
Al2O3 = 0,005%
Na2SO4 = 0,01% (PT. Petrokimia Gresik)
3. Natrium hidroksida
Wujud : cair
Kemurnian : 50% (minimal)
Kandungan air : 49,95% (maksimal)
Impuritas : 0,05%
NaCl = 0,05 % (PT. Soda Waru)
2.1.2 Spesifikasi produk
Trisodium phosphat
Bentuk : kristal
Kemurnian : 98% (minimal)
Kandungan air : 2% (maksimal)
2.2 Konsep Dasar
2.2.1 Dasar reaksi
Proses ini menggunakan bahan baku natrium karbonat, asam phosphat, dan natrium hidroksida. Reaksi berlangsung pada temperatur 90oC. Bahan baku natrium karbonat dalam wujud padat, sedangkan reaksi berlangsung pada fase cair-cair sehingga natrium karbonat dilarutkan terlebih dulu dalam mixing tank sampai dihasilkan larutan Na2CO3 30%. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :
90oC
Na2CO3 (aq) + H3PO4 (aq) Na2HPO4 (l) +H2O (l) + CO2 (g) = -9555
90oC
Na2HPO4 (aq) + NaOH (aq) Na3PO4 (l) + H2O (l) = -10075
2.2.2 Tinjauan termodinamika
Reaksi dapat berjalan eksotermis atau endotermis dapat ditentukan dengan meninjau panas pembentukan standar (Hf) pada 298oC.
Reaksi 1: Na2CO3 (aq) + H3PO4 (aq) Na2HPO4 (l) + CO2 (g) + H2O (l)
= H produk - H reaktan
= ( -423610 - 94050 - 68315 ) - ( -276620 - 299800)
= -9555 kcal/kmol
Reaksi 2: Na2HPO4 (aq) + NaOH (aq) Na3PO4 (l) + H2O (l)
= H produk - H reaktan
= ( -477500 - 68315 ) - ( -423610 - 112130 )
= -10075 kcal/kmol
Dari perhitungan didapatkan enthalpi pembentukan standar bernilai negatif, maka reaksi pembentukan trisodium phosphat bersifat eksotermis.
Reaksi bersifat dapat balik (reversible) atau searah (irreversible) dapat ditentukan dengan meninjau konstanta kesetimbangan.
Reaksi 1: Na2CO3 (aq) + H3PO4 (aq) Na2HPO4 (l) + CO2 (g) + H2O (l)
= Go produk - Go reaktan
= (-385.530 – 94.260 – 56.687) – ( -251.360 – 265.700)
= -19417 kal/mol
= -RT ln K298
-19417 = -1,987 x 298 x ln K298
ln K 298 = 32,79200711
K298 = 1,74336 x 1014
Reaksi dijalankan pada temperatur 90oC sehingga harga K pada 90oC dapat dihitung:
ln =
ln =
ln K363 = 35,68151105
K363 = 3,13533 x 1015
Dari perhitungan didapat nilai K>>1, maka reaksi pembentukan disodium phosphat bersifat irreversible.
Reaksi 2: Na2HPO4 (aq) + NaOH (aq) Na3PO4 (l) + H2O (l)
= Go produk - Go reaktan
= (-431.300 – 56.687) – (-385.530 – 100.190)
= -2267 kal/mol
= -RT ln K298
-2.267 = -1,987 x 298 x ln K298
ln K 298 = 3,82857703
K298 = 45,99703905
Reaksi dijalankan pada temperatur 90oC sehingga harga K pada 90oC dapat dihitung:
ln =
=
ln K363 = 6,87533289
K363 = 9,68 x 102
Dari perhitungan didapat nilai K>>1, maka reaksi pembentukan trisodium phosphat bersifat irreversible.
2.2.3 Tinjauan kinetika
Secara umum derajat kelangsungan reaksi ditentukan oleh:
1. Konstanta kecepatan reaksi
2. Orde reaksi
3. Konsentrasi reaktan
Hal ini dapat dilihat dari persamaan laju reaksi sebagai berikut:
Reaksi 1: Na2CO3 (aq) + H3PO4 (aq) Na2HPO4 (l) + CO2 (g) + H2O (l)
Reaksi 2: Na2HPO4 (laq) + NaOH (aq) Na3PO4 (l) + H2O (l)
Secara kinetika, persamaan reaksi diatas dapat ditulis sebagai berikut :
A + B C + D
- rA = = k CA CB
L/gmol.Jam
(Chemical Engineering Research Volume A-2)
dimana:
A = konsentrasi Na2HPO4
B = konsentrasi NaOH
T = temperatur (K)
Dari persamaan harga konstanta kecepatan reaksi diketahui bahwa pembentukan trisodium phosphat dipengaruhi oleh temperatur. Semakin tinggi temperatur, harga k makin besar dan meningkatkan tumbukan antar molekul.
2.2.4 Kondisi operasi
Kondisi operasi dipilih pada temperatur 90oC karena pada temperatur ini diperoleh konversi total trisodium phosphat (TSP) 95%. Reaksi ini berlangsung pada tekanan 1 atm. Untuk menjaga kesempurnaan reaksi, maka natrium karbonat diberi sedikit berlebih dari perbandingan mol teoritis (H3PO4 : Na2CO3 = 1 : 1,05). Besarnya perbandingan mol umpan dimaksudkan agar reaksi bergeser ke arah pembentukan produk trisodium phosphat.
2.3 Diagram Alir Proses
Proses pembuatan trisodium phosphat secara garis besar dibagi menjadi 6 tahap proses yaitu:
1. Persiapan bahan baku
2. Pembentukan larutan DSP
3. Pembentukan larutan TSP
4. Pengkristalan produk TSP
5. Pengeringan TSP
6. Pengambilan hasil
1. Persiapan bahan baku
Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan trisodium phosphat adalah natrium karbonat, asam phosphat, dan natrium hidroksida. Untuk keperluan ini digunakan natrium karbonat 30%, asam phosphat 62%, dan natrium hidroksida 50%. Bahan baku asam phosphat disimpan dalam tangki penyimpanan asam phosphat (T-01) pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm, kemudian diencerkan dalam (M-01) sampai kadarnya menjadi 62% dari kadar mula-mula 74%. Asam phosphat dipompa (P-02) menggunakan pompa jenis sentrifugal ke heat exchanger (HE-01) untuk dipanaskan sampai suhu 90oC, kemudian dialirkan ke reaktor 1 (R-01).
Bahan baku natrium karbonat diangkut dari gudang menggunakan screw conveyor (SC-01), selanjutnya secara vertikal diangkut menggunakan bucket elevator (BE-01) menuju feed bin (FB-01) sebagai tempat penyimpanan sementara. Feed bin berupa silinder tegak terbuka dengan dasar berbentuk conis dilengkapi dengan weight feeder untuk mengatur laju umpan ke tangki pelarutan (M-02). Natrium karbonat dari feed bin (FB) dilarutkan pada tangki pelarutan (M-02) yang dilengkapi dengan pengaduk. Konsentrasi larutan natrium karbonat yang keluar dari tangki pelarutan 30% berat Na2CO3. natrium karbonat dipompa (P-03) menggunakan pompa jenis sentrifugal ke heat exchanger (HE-02) untuk dipanaskan sampai suhu 90oC, kemudian dialirkan ke reaktor 1 (R-01).
Bahan baku natrium hidroksida yang disimpan dalam tangki penyimpanan natrium hidroksida (T-02) kemudian dipompa (P-04) menuju HE-03 untuk dipanaskan sampai temperatur 90o C kemudian dialirkan ke reaktor 2 (R-02).
2. Pembentukan disodium phosphat
Larutan asam phosphat dialirkan ke dalam reaktor (R-01) direaksikan dengan natrium karbonat. Reaktor yang digunakan adalah mixed flow reactor yang dilengkapi dengan pengaduk dan jaket pendingin. Sebagai media pendingin digunakan air dengan suhu masuk 30oC. Kondisi operasi reaktor pada suhu 90oC dan tekanan 1 atm. Reaksi yang terjadi dalam reaktor 1 adalah:
Na2CO3 (aq) + H3PO4 (aq) Na2HPO4 (l) + H2O (l) + CO2 (g)
Hasil reaksi berupa gas CO2 akan keluar melalui pipa pembuangan. Hasil utama pada reaktor 1 yaitu disodium phosphat selanjutnya dipisahkan dari impuritasnya dalam clarifying filter (F). Kotoran berupa cake dibuang melalui saluran pembuangan.
3. Pembentukan trisodium phosphat
Larutan disodium phosphat keluar dari clarifying filter selanjutnya ditampung dalam tangki penampungan (T-03) kemudian dialirkan ke (R-02) untuk direaksikan dengan natrium hidroksida 50%. Reaktor 2 juga dilengkapi dengan jaket pendingin dan pengaduk. Kondisi operasi reaktor pada suhu 90oC dan tekanan 1 atm. Dalam reaktor 2 terjadi reaksi:
Na2HPO4 (aq) + NaOH (aq) Na3PO4 (l) + H2O (l)
Trisodium phosphat hasil reaksi ditampung dalam tangki penampungan (T-04).
4. Pengkristalan trisodium phosphat
Trisodium phosphate dari tangki penampungan (T-04) dipompa menuju evaporator (EV) untuk dipekatkan. Larutan jenuh keluar evaporator dengan suhu 92,9oC selanjutnya dipompa menuju kristaliser (K), sedangkan uapnya dikondensasi pada barometrik kondensor (BK) Proses kristalisasi dilakukan pada suhu 45oC menggunakan agitated cooling crystallizer. Mother liquor dan kristal yang terbentuk dipisahkan melalui centrifuge (CF). Mother liquor yang terbentuk ditampung dalam tangki penampung, kemudian direcycle ke reaktor 1 dan kristaliser.
5. Pengeringan produk TSP
Kristal yang telah dipisahkan dari centrifuge selanjutnya dikeringkan dalam Rotary dryer (RD) untuk menguapkan airnya. Sebagai media panas dalam Rotary dryer digunakan udara panas keluaran Air preheater.
6. Pengambilan hasil
Kristal TSP yang telah kering dimasukkan dalam Screen (S), kristal out spek dikembalikan ke tangki (T-05). Kristal yang telah memenuhi spesifikasi diangkut secara vertikal menggunakan bucket elevator (BE-02) menuju Silo (Si), kemudian disalurkan ke gudang menggunakan belt conveyor (BC) untuk disimpan.
Diagram alir proses dapat dilihat pada gambar 2.1.
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas
2.4.1 Neraca massa
Neraca massa di M - 01
Komponen Input Output
(1) (2) (5)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
H2O
Na2SO4
Al2O3
Fe2O3 1279,2180
449,1093
0,1729
0,0864
0,0864 0,74000
0,25980
0,00010
0,00005
0,00005
334,5819
1,00000 1279,2180
783,6911
0,1729
0,0864
0,0864 0,62000
0,37983
0,00008
0,00004
0,00004
Total 1728,6730 1 334,5819 1 2063,2549 1
2063,2549 kg/jam 2063,2549 kg/jam
2063,2549 kg/jam
Neraca massa di M - 02
Komponen Input Output
(3) (4) (6)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
Na2CO3
H2O
SiO2
Na2SO4 1383,6440
69,6191
2,9129
0,2913 0,95000
0,04780
0,00200
0,00020
3155,6793
1,00000 1383,6440
3225,2985
2,9129
0,2913 0,30000
0,69931
0,00063
0,00006
Total 1456,4674 1 3155,6793 1 4612,1467 1
4612,1467 kg/jam 4612,1467 kg/jam
4612,1467 kg/jam
Neraca massa di F
Komponen Input Output
(8) (9) (10)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
Na2CO3
Na2HPO4
NaOH
Na3PO4
H2O
Al2O3
Fe2O3
SiO2
Na2SO4
NaCl 58,8761
136,0487
1859,7336
29,3366
1237,1173
6543,8979
0,0864
0,0864
2,9129
0,5968
0,1488 0,00597
0,01379
0,18844
0,00297
0,12536
0,66309
0,00001
0,00001
0,00030
0,00006
0,00002
0,0864
0,0864
2,9129
0,02801
0,02801
0,94398
58,8761
136,0487
1859,7336
29,3366
1237,1173
6543,8979
0,5968
0,1488 0,00597
0,01379
0,18850
0,00297
0,12540
0,66329
0,00006
0,00002
Total 9868,8416 1 3,0858 1 9865,7558 1
9868,8416 kg/jam 9868,8416 kg/jam
9868,8416 kg/jam
Neraca massa di R - 02
Komponen Input Output
(10) (11) (12)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
Na2CO3
Na2HPO4
NaOH
Na3PO4
H2O
Na2SO4
NaCl 58,8761
136,0487
1859,7336
29,3366
1237,1173
6543,8979
0,5968
0,1488 0,00597
0,01379
0,18850
0,00297
0,12540
0,66329
0,00006
0,00002
520,7254
520,2047
0,5207
0,50000
0,49950
0,00050 58,8761
136,0487
11,1584
29,3366
3372,0914
7298,4290
0,5968
0,6695 0,00540
0,01247
0,00102
0,00269
0,30916
0,66914
0,00005
0,00006
Total 9865,7558 1 1041,4508 1 10907,2066 1
10907,2066 kg/jam 10907,2066 kg/jam
10907,2066 kg/jam
Neraca massa di E
Komponen Input Output
(12) (13) (14)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
Na2CO3
Na2HPO4
NaOH
Na3PO4
H2O
Na2SO4
NaCl 58,8761
136,0487
11,1584
29,3366
3372,0914
7298,4290
0,5968
0,6695 0,00540
0,01247
0,00102
0,00269
0,30916
0,66914
0,00005
0,00006
1885,2626
1,00000 58,8761
136,0487
11,1584
29,3366
3372,0914
5413,1664
0,5968
0,6695 0,00653
0,01508
0,00124
0,00325
0,37377
0,60000
0,00007
0,00007
Total 10907,2066 1 1885,2626 1 9021,9440 1
10907,2066 kg/jam 10907,2066 kg/jam
10907,2066 kg/jam
Neraca massa di K
Komponen Input Output
(14) (22) (15)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
Na2CO3
Na2HPO4
NaOH
Na3PO4
Na3PO4,12 H2O
H2O
Na2SO4
NaCl 58,8761
136,0487
11,1584
29,3366
3372,0914
5413,1664
0,5968
0,6695 0,00653
0,01508
0,00124
0,00325
0,37377
0,60000
0,00007
0,00007 29,4381
68,0243
3,0864
14,6683
313,5623
707,0707
747,9005
0,0663
0,0744 0,01563
0,03611
0,00164
0,00779
0,16644
0,37532
0,39700
0,00004
0,00004 88,3142
204,0730
14,2448
44,0050
940,6870
7070,7071
2542,3973
0,6631
0,7439 0,00810
0,01871
0,00131
0,00403
0,08626
0,64834
0,23312
0,00006
0,00007
Total 9021,9440 1 1883,8914 1 10905,8353 1
10905,8353 kg/jam 10905,8353 kg/jam
10905,8353 kg/jam
Neraca Massa di C
Komponen Input Output
(15) (16) (17)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
Na2CO3
Na2HPO4
NaOH
Na3PO4
Na3PO4,12 H2O
H2O
Na2SO4
NaCl 88,3142
204,0730
14,2448
44,0050
940,6870
7070,7071
2542,3973
0,6631
0,7439 0,00810
0,01871
0,00131
0,00403
0,08626
0,64834
0,23312
0,00006
0,00007 88,3142
204,0730
7,1224
44,0050
940,6870
2202,9703
0,02533
0,05852
0,00204
0,01262
0,26976
0,63174
7,1224
7070,7071
339,4270
0,6631
0,7439
0,00096
0,95310
0,04575
0,00009
0,00010
Total 10905,8353 1 3487,1719 1 7418,6634 1
10905,8353 kg/jam 10905,8353 kg/jam
10905,8353 kg/jam
Neraca Massa di RD
Komponen Input Output
(17) (18) (19)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
Na2HPO4
Na3PO4,12 H2O
H2O
Na2SO4
NaCl 7,1224
7070,7071
339,4270
0,6631
0,7439 0,00096
0,95310
0,04575
0,00009
0,00010
203,6562
1,00000 7,1224
7070,7071
135,7708
0,6631
0,7439 0,00099
0,98000
0,01882
0,00009
0,00010
Total 7418,6634 1 203,6562 1 7215,0072 1
7418,6634 kg/jam 7418,6634 kg/jam
7418,6634 kg/jam
Neraca Massa di S
Komponen Input Output
(19) (20) (21)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
Na2HPO4
Na3PO4,12 H2O
H2O
Na2SO4
NaCl 7,1224
7070,7071
135,7708
0,6631
0,7439 0,00099
0,98000
0,01882
0,00009
0,00010 4,9857
4949,4949
95,0395
0,4642
0,5207 0,00099
0,98000
0,01882
0,00009
0,00010 2,1367
2121,2121
40,7312
0,1989
0,2232 0,00099
0,98000
0,01882
0,00009
0,00010
Total 7215,0072 1 5050,5051 1 2164,5022 1
7215,0072 kg/jam 7215,0072 kg/jam
7215,0072 kg/jam
2.4.2 Neraca panas
Neraca panas di M - 01
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q1
Q2
Q5
HS 5400,3853
1675,2472
36418,5547
43494,1871
Total 43494,1871 43494,1871
Neraca panas di HE - 01
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q5i
Q5o
H 43494,1871
54342,8811 97837,1381
Total 97837,1381 97837,1381
Neraca panas di M - 02
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q3
Q4
Q6
HS 2237,7389
15800,4458
72706,5769
90744,7176
Total 90744,7176 90744,7176
Neraca panas di HE - 02
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q6i
Q6o
H 90744,7616
144541,3893 235286,1069
Total 235286,1069 235286,1069
Neraca panas di HE - 03
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q23i
Q23o
H 56320,6214
127141,9127 183462,5341
Total 183462,5341 183462,5341
Neraca panas di R - 01
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q5o
Q6o
Q23o
QPo
QPi
Q7
Q8
Ho298 97837,1381
235286,1069
183462,5341
35422,6487
124723,7598
177335,6354
7980,9041
491415,6482
Total 676732,1877 676732,1877
Neraca panas di F
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q8
Q9
Q10 491415,6482
38,3961
491377,2520
Total 491415,6482 491415,6482
Neraca panas di HE - 04
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q11i
Q11o
H 4473,5573
53809,7736
58283,3309
Total 58283,3309 58283,3309
Neraca panas di R - 02
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q10
Q11o
Q12
QPi
QPo
Ho298 491377,2520
58283,3309
30902,8612
131157,7107
557012,8334
154708,3214
Total 711721,1549 711721,1549
Neraca panas di E
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q12
Q13
Q14
QS
Qc 557012,8334
650716,9812
647503,6816 468793,1001
91433,0329
Total 1207729,8146 1207729,8146
Neraca panas di BC
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q13i
QW
Q13o 647503,6816
338624,3978
986128,0794
Total 986128,0794 986128,0794
Neraca panas di K
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q14
Q22
Q15
QPi
QPo
Hs 468793,1001
23365,6900
158462,6715
256085,3139
113398,5516
793308,2239
Total 906706,7755 906706,7755
Neraca panas di C
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q15
Q16
Q17 113398,5516
53289,0028
60109,5487
Total 113398,5516 113398,5516
Neraca panas di RD
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q17
Q18
Q19
Qud 60109,5487
105834,4067
108439,4471 57504,4120
Total 165943,9554 165943,8591
Neraca panas di AH
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Qudi
Qudo
∆Hc 11720,9055
94111,1100
105832,0155
Total 105832,0155 105832,0155
2.5 Lay Out
2.5.1 Lokasi pabrik
Lokasi pabrik secara geografis akan sangat berpengaruh terhadap sukses dan tidaknya kegiatan industri di pabrik tersebut. Suatu pabrik sebaiknya ditempatkan pada suatu tempat dimana biaya produksi serta biaya distribusinya minimum. Faktor-faktor lain seperti daerah ekspansi dan lingkungan juga harus dipergunakan sebagai bahan pertimbangan untuk menentukan lokasi pabrik. Faktor-faktor lain yang harus diperhatikan dalam menentukan lokasi pabrik adalah:
- Pemasaran
- Persediaan buruh
- Sumber tenaga dan bahan bakar
- Pajak dan peraturan daerah
- Persediaan bahan makanan
- Karakteristik tempat
- Iklim
- Fasilitas transportasi
- Persediaan air
- Perlindungan terhadap banjir dan kebakaran
- Keadaan masyarakat sekitar
Selain hal-hal di atas dalam menentukan lokasi suatu pabrik ada beberapa orientasi, yaitu:
a. Orientasi bahan mentah (raw material oriented)
Penentuan lokasi suatu pabrik berdasarkan jarak antara bahan mentah dengan pabrik. Jadi pabrik didirikan dekat sumber bahan mentah.
b. Orientasi pasar (market oriented)
Penentuan lokasi pabrik berdasarkan jarak antara pabrik dengan daerah pemasaran hasil produksi.
c. Junction oriented
Penentuan lokasi pabrik berdasarkan jarak antara pabrik dengan sumber bahan mentah dan jarak antara pabrik dengan pasar.
Sifat-sifat bahan baku maupun produk juga digunakan sebagai bahan pertimbangan penentuan lokasi suatu pabrik. Misal pabrik dengan “weight loosing”, dimana hasil produksi jauh lebih ringan bila dibandingkan dengan bahan bakunya, maka lokasi pabrik sebaiknya terletak dekat dengan sumber bahan baku. Sedangkan bila sebaliknya, “weight gaining” dimana produk lebih berat dibanding bahan bakunya, maka sebaiknya pabrik terletak di daerah pemasaran.
2.5.2 Lay out pabrik
Tata letak pabrik harus dirancang sedemikian rupa sehingga penggunaan area pabrik efisien serta proses produksi dan distribusi dapat berjalan lancar sehingga keamanan, keselamatan, dan kenyamanan bagi karyawan dapat terpenuhi.
Setelah diagram alir proses tersusun, lay out pabrik dan peralatan harus direncanakan terlebih dahulu, sebelum perancangan pemipaan struktural dan listrik dimulai.
Perencanaan lay out pabrik meliputi perencanaan lahan penyimpanan, lahan proses, dan handling area. Pertimbangan–pertimbangan yang diperlukan dalam lay out pabrik adalah:
1. Pabrik trisodium phosphat merupakan pabrik baru (bukan pengembangan) sehingga dalam menentukan lay out tidak dibatasi oleh bangunan yang ada.
2. Berdasarkan data kebutuhan TSP yang terus meningkat dari tahun ke tahun, maka pengembangan pabrik di masa mendatang sangat diperlukan. Untuk itu perlu disediakan areal perluasan/pengembangan pabrik yang tidak berjauhan dengan pabrik lama.
3. Tipe dan kualitas produk.
4. Distribusi bahan baku, bahan jadi, air, dan listrik.
5. Keadaan lingkungan ,cuaca, dan sosial.
6. Keamanan terhadap bahaya kebakaran, peledakan, dan gas beracun sehingga dalam perencanaan lay out selalu diusahakan untuk memisahkan sumber api dan panas dari sumber bahan yang mudah terbakar dan meledak.
7. Pengaturan terhadap penggunaan lantai ruangan dan elevasi.
8. Bentuk bangunan.
9. Cara pemeliharaan proses.
Selain itu dalam perancangan lay out pabrik juga perlu diperhatikan:
a. Diusahakan daerah perluasan proses tidak berjauhan dengan daerah proses lama.
b. Kantor diusahakan berjauhan dengan daerah proses, sehingga para pegawai kantor memperoleh ketenangan dalam bekerja.
c. Ruang kontrol cukup dekat dengan unit-unit proses, tetapi jauh dari yang high risk.
d. Unit utilitas harus cukup dekat dengan unit proses tetapi harus tetap aman dari high risk.
e. Cooling tower dan bak air harus di daerah terbuka.
f. Tangki penyimpan yang high risk letaknya harus cukup jauh/terpisah dari unit-unit lainnya.
Secara garis besar lay out pabrik ini dibagi menjadi beberapa daerah utama, yaitu:
1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium, dan ruang kontrol
- Daerah administrasi merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi.
- Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendali proses, kualitas, dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang akan dijual.
2. Daerah proses
Daerah ini merupakan daerah tempat alat-alat proses diletakkan dan proses berlangsung.
3. Daerah pergudangan umum, bengkel dan garasi
4. Daerah utilitas
Adapun perincian luas tanah sebagai bangunan pabrik dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 2.1 Perincian luas tanah dan bangunan pabrik
No Lokasi Ukuran (m) Luas (m2)
1 Pos keamanan 2 (5 x 5) 50
2 Area parkir 25 x 50 1250
3 Perkantoran 50 x 40 2000
4 Masjid 20 x 20 400
5 Poliklinik 20 x 5 100
6 Kantin 20 x 5 100
7 Laboratorium 10 x 30 300
8 Garasi 20 x 20 400
9 Bengkel 25 x 20 500
10 Gudang bahan baku 13 x 50 650
11 Gudang produk 13 x 50 650
12 Daerah utilitas 50 x 42 2100
13 Daerah proses 250 x 100 25000
14 Daerah pengolahan limbah 50 x 42 2100
15 Daerah perluasan 50 x 100 5000
16 Jalan/taman - 8000
17 Aula 30 x 20 600
18 Pemadam kebakaran (PMK) 20 x 5 100
19 Perumahan 100 x 60 6000
Total 55300
Pada prarancangan pabrik trisodium phosphat, lay out pabrik dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Lay out pabrik
2.5.3 Lay out peralatan
Dalam perancangan lay out peralatan proses pada pabrik ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan yaitu:
1. Aliran bahan baku dan produk
Aliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan ekonomis yang besar serta menunjang keamanan dan kelancaran produksi.
2. Aliran udara
Aliran udara di dalam dan sekitar area proses perlu diperhatikan supaya lancar. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat yang dapat menyebabkan akumulasi bahan kimia yang berbahaya sehingga dapat membahayakan keselamatan para pekerja. Disamping itu perlu diperhatikan arah hembusan angin.
3. Cahaya
Penerangan seluruh pabrik harus memadai. Pada tempat-tempat proses yang berbahaya dan beresiko tinggi perlu diberikan penerangan tambahan.
4. Lalu lintas pekerja
Dalam perancangan lay out alat perlu diperhatikan agar pakerja dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah. Apabila terjadi gangguan alat proses dapat segera diperbaiki. Selain itu kemampuan pekerja selama menjalankan tugasnya perlu dperhatikan.
5. Pertimbangan ekonomi
Dalam menempatkan alat-alat proses pada pabrik diusahakan agar dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran serta keamanan produksi pabrik sehingga dapat menguntungkan dari segi ekonomi.
6. Jarak antar alat proses
Untuk alat proses yang mempumyai tekanan dan suhu operasi yang tinggi sebaiknya dipisahkan dari alat proses lainnya sehingga jika terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut tidak membahayakan alat proses lainnya.
Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga:
- Kelancaran proses produksi dapat terjamin.
- Dapat mengefektifkan penggunaan luas lantai.
- Biaya material handling menjadi rendah dan menyebabkan turunnya pengeluaran untuk capital yang tidak penting. Jika lay out peralatan proses sedemikian rupa sehingga urut-urutan proses produksi lancar, maka perusahaan tidak perlu membeli alat angkutan yang biayanya mahal.
- Karyawan mendapat kepuasan kerja, maka produktifitas kerja mereka juga akan meningkat.
Titik lebur : 851oC
Kemurnian : 95% (minimal)
Kandungan air : 4,78% (maksimal)
Impuritas : 0,22% (maksimal)
SiO2 = 0,2%
Na2SO4 = 0,02%
2. Asam phosphat
Wujud : cairan
Warna : tidak berwarna
Density (30oC) : 1,65 – 1,72
Kemurnian : 74% (minimal)
Kandungan air : 25,98% (maksimal)
Impuritas : 0,02% (maksimal)
Fe2O3 = 0,005 %
Al2O3 = 0,005%
Na2SO4 = 0,01% (PT. Petrokimia Gresik)
3. Natrium hidroksida
Wujud : cair
Kemurnian : 50% (minimal)
Kandungan air : 49,95% (maksimal)
Impuritas : 0,05%
NaCl = 0,05 % (PT. Soda Waru)
2.1.2 Spesifikasi produk
Trisodium phosphat
Bentuk : kristal
Kemurnian : 98% (minimal)
Kandungan air : 2% (maksimal)
2.2 Konsep Dasar
2.2.1 Dasar reaksi
Proses ini menggunakan bahan baku natrium karbonat, asam phosphat, dan natrium hidroksida. Reaksi berlangsung pada temperatur 90oC. Bahan baku natrium karbonat dalam wujud padat, sedangkan reaksi berlangsung pada fase cair-cair sehingga natrium karbonat dilarutkan terlebih dulu dalam mixing tank sampai dihasilkan larutan Na2CO3 30%. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :
90oC
Na2CO3 (aq) + H3PO4 (aq) Na2HPO4 (l) +H2O (l) + CO2 (g) = -9555
90oC
Na2HPO4 (aq) + NaOH (aq) Na3PO4 (l) + H2O (l) = -10075
2.2.2 Tinjauan termodinamika
Reaksi dapat berjalan eksotermis atau endotermis dapat ditentukan dengan meninjau panas pembentukan standar (Hf) pada 298oC.
Reaksi 1: Na2CO3 (aq) + H3PO4 (aq) Na2HPO4 (l) + CO2 (g) + H2O (l)
= H produk - H reaktan
= ( -423610 - 94050 - 68315 ) - ( -276620 - 299800)
= -9555 kcal/kmol
Reaksi 2: Na2HPO4 (aq) + NaOH (aq) Na3PO4 (l) + H2O (l)
= H produk - H reaktan
= ( -477500 - 68315 ) - ( -423610 - 112130 )
= -10075 kcal/kmol
Dari perhitungan didapatkan enthalpi pembentukan standar bernilai negatif, maka reaksi pembentukan trisodium phosphat bersifat eksotermis.
Reaksi bersifat dapat balik (reversible) atau searah (irreversible) dapat ditentukan dengan meninjau konstanta kesetimbangan.
Reaksi 1: Na2CO3 (aq) + H3PO4 (aq) Na2HPO4 (l) + CO2 (g) + H2O (l)
= Go produk - Go reaktan
= (-385.530 – 94.260 – 56.687) – ( -251.360 – 265.700)
= -19417 kal/mol
= -RT ln K298
-19417 = -1,987 x 298 x ln K298
ln K 298 = 32,79200711
K298 = 1,74336 x 1014
Reaksi dijalankan pada temperatur 90oC sehingga harga K pada 90oC dapat dihitung:
ln =
ln =
ln K363 = 35,68151105
K363 = 3,13533 x 1015
Dari perhitungan didapat nilai K>>1, maka reaksi pembentukan disodium phosphat bersifat irreversible.
Reaksi 2: Na2HPO4 (aq) + NaOH (aq) Na3PO4 (l) + H2O (l)
= Go produk - Go reaktan
= (-431.300 – 56.687) – (-385.530 – 100.190)
= -2267 kal/mol
= -RT ln K298
-2.267 = -1,987 x 298 x ln K298
ln K 298 = 3,82857703
K298 = 45,99703905
Reaksi dijalankan pada temperatur 90oC sehingga harga K pada 90oC dapat dihitung:
ln =
=
ln K363 = 6,87533289
K363 = 9,68 x 102
Dari perhitungan didapat nilai K>>1, maka reaksi pembentukan trisodium phosphat bersifat irreversible.
2.2.3 Tinjauan kinetika
Secara umum derajat kelangsungan reaksi ditentukan oleh:
1. Konstanta kecepatan reaksi
2. Orde reaksi
3. Konsentrasi reaktan
Hal ini dapat dilihat dari persamaan laju reaksi sebagai berikut:
Reaksi 1: Na2CO3 (aq) + H3PO4 (aq) Na2HPO4 (l) + CO2 (g) + H2O (l)
Reaksi 2: Na2HPO4 (laq) + NaOH (aq) Na3PO4 (l) + H2O (l)
Secara kinetika, persamaan reaksi diatas dapat ditulis sebagai berikut :
A + B C + D
- rA = = k CA CB
L/gmol.Jam
(Chemical Engineering Research Volume A-2)
dimana:
A = konsentrasi Na2HPO4
B = konsentrasi NaOH
T = temperatur (K)
Dari persamaan harga konstanta kecepatan reaksi diketahui bahwa pembentukan trisodium phosphat dipengaruhi oleh temperatur. Semakin tinggi temperatur, harga k makin besar dan meningkatkan tumbukan antar molekul.
2.2.4 Kondisi operasi
Kondisi operasi dipilih pada temperatur 90oC karena pada temperatur ini diperoleh konversi total trisodium phosphat (TSP) 95%. Reaksi ini berlangsung pada tekanan 1 atm. Untuk menjaga kesempurnaan reaksi, maka natrium karbonat diberi sedikit berlebih dari perbandingan mol teoritis (H3PO4 : Na2CO3 = 1 : 1,05). Besarnya perbandingan mol umpan dimaksudkan agar reaksi bergeser ke arah pembentukan produk trisodium phosphat.
2.3 Diagram Alir Proses
Proses pembuatan trisodium phosphat secara garis besar dibagi menjadi 6 tahap proses yaitu:
1. Persiapan bahan baku
2. Pembentukan larutan DSP
3. Pembentukan larutan TSP
4. Pengkristalan produk TSP
5. Pengeringan TSP
6. Pengambilan hasil
1. Persiapan bahan baku
Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan trisodium phosphat adalah natrium karbonat, asam phosphat, dan natrium hidroksida. Untuk keperluan ini digunakan natrium karbonat 30%, asam phosphat 62%, dan natrium hidroksida 50%. Bahan baku asam phosphat disimpan dalam tangki penyimpanan asam phosphat (T-01) pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm, kemudian diencerkan dalam (M-01) sampai kadarnya menjadi 62% dari kadar mula-mula 74%. Asam phosphat dipompa (P-02) menggunakan pompa jenis sentrifugal ke heat exchanger (HE-01) untuk dipanaskan sampai suhu 90oC, kemudian dialirkan ke reaktor 1 (R-01).
Bahan baku natrium karbonat diangkut dari gudang menggunakan screw conveyor (SC-01), selanjutnya secara vertikal diangkut menggunakan bucket elevator (BE-01) menuju feed bin (FB-01) sebagai tempat penyimpanan sementara. Feed bin berupa silinder tegak terbuka dengan dasar berbentuk conis dilengkapi dengan weight feeder untuk mengatur laju umpan ke tangki pelarutan (M-02). Natrium karbonat dari feed bin (FB) dilarutkan pada tangki pelarutan (M-02) yang dilengkapi dengan pengaduk. Konsentrasi larutan natrium karbonat yang keluar dari tangki pelarutan 30% berat Na2CO3. natrium karbonat dipompa (P-03) menggunakan pompa jenis sentrifugal ke heat exchanger (HE-02) untuk dipanaskan sampai suhu 90oC, kemudian dialirkan ke reaktor 1 (R-01).
Bahan baku natrium hidroksida yang disimpan dalam tangki penyimpanan natrium hidroksida (T-02) kemudian dipompa (P-04) menuju HE-03 untuk dipanaskan sampai temperatur 90o C kemudian dialirkan ke reaktor 2 (R-02).
2. Pembentukan disodium phosphat
Larutan asam phosphat dialirkan ke dalam reaktor (R-01) direaksikan dengan natrium karbonat. Reaktor yang digunakan adalah mixed flow reactor yang dilengkapi dengan pengaduk dan jaket pendingin. Sebagai media pendingin digunakan air dengan suhu masuk 30oC. Kondisi operasi reaktor pada suhu 90oC dan tekanan 1 atm. Reaksi yang terjadi dalam reaktor 1 adalah:
Na2CO3 (aq) + H3PO4 (aq) Na2HPO4 (l) + H2O (l) + CO2 (g)
Hasil reaksi berupa gas CO2 akan keluar melalui pipa pembuangan. Hasil utama pada reaktor 1 yaitu disodium phosphat selanjutnya dipisahkan dari impuritasnya dalam clarifying filter (F). Kotoran berupa cake dibuang melalui saluran pembuangan.
3. Pembentukan trisodium phosphat
Larutan disodium phosphat keluar dari clarifying filter selanjutnya ditampung dalam tangki penampungan (T-03) kemudian dialirkan ke (R-02) untuk direaksikan dengan natrium hidroksida 50%. Reaktor 2 juga dilengkapi dengan jaket pendingin dan pengaduk. Kondisi operasi reaktor pada suhu 90oC dan tekanan 1 atm. Dalam reaktor 2 terjadi reaksi:
Na2HPO4 (aq) + NaOH (aq) Na3PO4 (l) + H2O (l)
Trisodium phosphat hasil reaksi ditampung dalam tangki penampungan (T-04).
4. Pengkristalan trisodium phosphat
Trisodium phosphate dari tangki penampungan (T-04) dipompa menuju evaporator (EV) untuk dipekatkan. Larutan jenuh keluar evaporator dengan suhu 92,9oC selanjutnya dipompa menuju kristaliser (K), sedangkan uapnya dikondensasi pada barometrik kondensor (BK) Proses kristalisasi dilakukan pada suhu 45oC menggunakan agitated cooling crystallizer. Mother liquor dan kristal yang terbentuk dipisahkan melalui centrifuge (CF). Mother liquor yang terbentuk ditampung dalam tangki penampung, kemudian direcycle ke reaktor 1 dan kristaliser.
5. Pengeringan produk TSP
Kristal yang telah dipisahkan dari centrifuge selanjutnya dikeringkan dalam Rotary dryer (RD) untuk menguapkan airnya. Sebagai media panas dalam Rotary dryer digunakan udara panas keluaran Air preheater.
6. Pengambilan hasil
Kristal TSP yang telah kering dimasukkan dalam Screen (S), kristal out spek dikembalikan ke tangki (T-05). Kristal yang telah memenuhi spesifikasi diangkut secara vertikal menggunakan bucket elevator (BE-02) menuju Silo (Si), kemudian disalurkan ke gudang menggunakan belt conveyor (BC) untuk disimpan.
Diagram alir proses dapat dilihat pada gambar 2.1.
2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas
2.4.1 Neraca massa
Neraca massa di M - 01
Komponen Input Output
(1) (2) (5)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
H2O
Na2SO4
Al2O3
Fe2O3 1279,2180
449,1093
0,1729
0,0864
0,0864 0,74000
0,25980
0,00010
0,00005
0,00005
334,5819
1,00000 1279,2180
783,6911
0,1729
0,0864
0,0864 0,62000
0,37983
0,00008
0,00004
0,00004
Total 1728,6730 1 334,5819 1 2063,2549 1
2063,2549 kg/jam 2063,2549 kg/jam
2063,2549 kg/jam
Neraca massa di M - 02
Komponen Input Output
(3) (4) (6)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
Na2CO3
H2O
SiO2
Na2SO4 1383,6440
69,6191
2,9129
0,2913 0,95000
0,04780
0,00200
0,00020
3155,6793
1,00000 1383,6440
3225,2985
2,9129
0,2913 0,30000
0,69931
0,00063
0,00006
Total 1456,4674 1 3155,6793 1 4612,1467 1
4612,1467 kg/jam 4612,1467 kg/jam
4612,1467 kg/jam
Neraca massa di F
Komponen Input Output
(8) (9) (10)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
Na2CO3
Na2HPO4
NaOH
Na3PO4
H2O
Al2O3
Fe2O3
SiO2
Na2SO4
NaCl 58,8761
136,0487
1859,7336
29,3366
1237,1173
6543,8979
0,0864
0,0864
2,9129
0,5968
0,1488 0,00597
0,01379
0,18844
0,00297
0,12536
0,66309
0,00001
0,00001
0,00030
0,00006
0,00002
0,0864
0,0864
2,9129
0,02801
0,02801
0,94398
58,8761
136,0487
1859,7336
29,3366
1237,1173
6543,8979
0,5968
0,1488 0,00597
0,01379
0,18850
0,00297
0,12540
0,66329
0,00006
0,00002
Total 9868,8416 1 3,0858 1 9865,7558 1
9868,8416 kg/jam 9868,8416 kg/jam
9868,8416 kg/jam
Neraca massa di R - 02
Komponen Input Output
(10) (11) (12)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
Na2CO3
Na2HPO4
NaOH
Na3PO4
H2O
Na2SO4
NaCl 58,8761
136,0487
1859,7336
29,3366
1237,1173
6543,8979
0,5968
0,1488 0,00597
0,01379
0,18850
0,00297
0,12540
0,66329
0,00006
0,00002
520,7254
520,2047
0,5207
0,50000
0,49950
0,00050 58,8761
136,0487
11,1584
29,3366
3372,0914
7298,4290
0,5968
0,6695 0,00540
0,01247
0,00102
0,00269
0,30916
0,66914
0,00005
0,00006
Total 9865,7558 1 1041,4508 1 10907,2066 1
10907,2066 kg/jam 10907,2066 kg/jam
10907,2066 kg/jam
Neraca massa di E
Komponen Input Output
(12) (13) (14)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
Na2CO3
Na2HPO4
NaOH
Na3PO4
H2O
Na2SO4
NaCl 58,8761
136,0487
11,1584
29,3366
3372,0914
7298,4290
0,5968
0,6695 0,00540
0,01247
0,00102
0,00269
0,30916
0,66914
0,00005
0,00006
1885,2626
1,00000 58,8761
136,0487
11,1584
29,3366
3372,0914
5413,1664
0,5968
0,6695 0,00653
0,01508
0,00124
0,00325
0,37377
0,60000
0,00007
0,00007
Total 10907,2066 1 1885,2626 1 9021,9440 1
10907,2066 kg/jam 10907,2066 kg/jam
10907,2066 kg/jam
Neraca massa di K
Komponen Input Output
(14) (22) (15)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
Na2CO3
Na2HPO4
NaOH
Na3PO4
Na3PO4,12 H2O
H2O
Na2SO4
NaCl 58,8761
136,0487
11,1584
29,3366
3372,0914
5413,1664
0,5968
0,6695 0,00653
0,01508
0,00124
0,00325
0,37377
0,60000
0,00007
0,00007 29,4381
68,0243
3,0864
14,6683
313,5623
707,0707
747,9005
0,0663
0,0744 0,01563
0,03611
0,00164
0,00779
0,16644
0,37532
0,39700
0,00004
0,00004 88,3142
204,0730
14,2448
44,0050
940,6870
7070,7071
2542,3973
0,6631
0,7439 0,00810
0,01871
0,00131
0,00403
0,08626
0,64834
0,23312
0,00006
0,00007
Total 9021,9440 1 1883,8914 1 10905,8353 1
10905,8353 kg/jam 10905,8353 kg/jam
10905,8353 kg/jam
Neraca Massa di C
Komponen Input Output
(15) (16) (17)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
H3PO4
Na2CO3
Na2HPO4
NaOH
Na3PO4
Na3PO4,12 H2O
H2O
Na2SO4
NaCl 88,3142
204,0730
14,2448
44,0050
940,6870
7070,7071
2542,3973
0,6631
0,7439 0,00810
0,01871
0,00131
0,00403
0,08626
0,64834
0,23312
0,00006
0,00007 88,3142
204,0730
7,1224
44,0050
940,6870
2202,9703
0,02533
0,05852
0,00204
0,01262
0,26976
0,63174
7,1224
7070,7071
339,4270
0,6631
0,7439
0,00096
0,95310
0,04575
0,00009
0,00010
Total 10905,8353 1 3487,1719 1 7418,6634 1
10905,8353 kg/jam 10905,8353 kg/jam
10905,8353 kg/jam
Neraca Massa di RD
Komponen Input Output
(17) (18) (19)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
Na2HPO4
Na3PO4,12 H2O
H2O
Na2SO4
NaCl 7,1224
7070,7071
339,4270
0,6631
0,7439 0,00096
0,95310
0,04575
0,00009
0,00010
203,6562
1,00000 7,1224
7070,7071
135,7708
0,6631
0,7439 0,00099
0,98000
0,01882
0,00009
0,00010
Total 7418,6634 1 203,6562 1 7215,0072 1
7418,6634 kg/jam 7418,6634 kg/jam
7418,6634 kg/jam
Neraca Massa di S
Komponen Input Output
(19) (20) (21)
kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi kg/jam Fraksi
Na2HPO4
Na3PO4,12 H2O
H2O
Na2SO4
NaCl 7,1224
7070,7071
135,7708
0,6631
0,7439 0,00099
0,98000
0,01882
0,00009
0,00010 4,9857
4949,4949
95,0395
0,4642
0,5207 0,00099
0,98000
0,01882
0,00009
0,00010 2,1367
2121,2121
40,7312
0,1989
0,2232 0,00099
0,98000
0,01882
0,00009
0,00010
Total 7215,0072 1 5050,5051 1 2164,5022 1
7215,0072 kg/jam 7215,0072 kg/jam
7215,0072 kg/jam
2.4.2 Neraca panas
Neraca panas di M - 01
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q1
Q2
Q5
HS 5400,3853
1675,2472
36418,5547
43494,1871
Total 43494,1871 43494,1871
Neraca panas di HE - 01
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q5i
Q5o
H 43494,1871
54342,8811 97837,1381
Total 97837,1381 97837,1381
Neraca panas di M - 02
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q3
Q4
Q6
HS 2237,7389
15800,4458
72706,5769
90744,7176
Total 90744,7176 90744,7176
Neraca panas di HE - 02
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q6i
Q6o
H 90744,7616
144541,3893 235286,1069
Total 235286,1069 235286,1069
Neraca panas di HE - 03
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q23i
Q23o
H 56320,6214
127141,9127 183462,5341
Total 183462,5341 183462,5341
Neraca panas di R - 01
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q5o
Q6o
Q23o
QPo
QPi
Q7
Q8
Ho298 97837,1381
235286,1069
183462,5341
35422,6487
124723,7598
177335,6354
7980,9041
491415,6482
Total 676732,1877 676732,1877
Neraca panas di F
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q8
Q9
Q10 491415,6482
38,3961
491377,2520
Total 491415,6482 491415,6482
Neraca panas di HE - 04
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q11i
Q11o
H 4473,5573
53809,7736
58283,3309
Total 58283,3309 58283,3309
Neraca panas di R - 02
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q10
Q11o
Q12
QPi
QPo
Ho298 491377,2520
58283,3309
30902,8612
131157,7107
557012,8334
154708,3214
Total 711721,1549 711721,1549
Neraca panas di E
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q12
Q13
Q14
QS
Qc 557012,8334
650716,9812
647503,6816 468793,1001
91433,0329
Total 1207729,8146 1207729,8146
Neraca panas di BC
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q13i
QW
Q13o 647503,6816
338624,3978
986128,0794
Total 986128,0794 986128,0794
Neraca panas di K
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q14
Q22
Q15
QPi
QPo
Hs 468793,1001
23365,6900
158462,6715
256085,3139
113398,5516
793308,2239
Total 906706,7755 906706,7755
Neraca panas di C
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q15
Q16
Q17 113398,5516
53289,0028
60109,5487
Total 113398,5516 113398,5516
Neraca panas di RD
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Q17
Q18
Q19
Qud 60109,5487
105834,4067
108439,4471 57504,4120
Total 165943,9554 165943,8591
Neraca panas di AH
Input (kcal/jam) Output (kcal/jam)
Qudi
Qudo
∆Hc 11720,9055
94111,1100
105832,0155
Total 105832,0155 105832,0155
2.5 Lay Out
2.5.1 Lokasi pabrik
Lokasi pabrik secara geografis akan sangat berpengaruh terhadap sukses dan tidaknya kegiatan industri di pabrik tersebut. Suatu pabrik sebaiknya ditempatkan pada suatu tempat dimana biaya produksi serta biaya distribusinya minimum. Faktor-faktor lain seperti daerah ekspansi dan lingkungan juga harus dipergunakan sebagai bahan pertimbangan untuk menentukan lokasi pabrik. Faktor-faktor lain yang harus diperhatikan dalam menentukan lokasi pabrik adalah:
- Pemasaran
- Persediaan buruh
- Sumber tenaga dan bahan bakar
- Pajak dan peraturan daerah
- Persediaan bahan makanan
- Karakteristik tempat
- Iklim
- Fasilitas transportasi
- Persediaan air
- Perlindungan terhadap banjir dan kebakaran
- Keadaan masyarakat sekitar
Selain hal-hal di atas dalam menentukan lokasi suatu pabrik ada beberapa orientasi, yaitu:
a. Orientasi bahan mentah (raw material oriented)
Penentuan lokasi suatu pabrik berdasarkan jarak antara bahan mentah dengan pabrik. Jadi pabrik didirikan dekat sumber bahan mentah.
b. Orientasi pasar (market oriented)
Penentuan lokasi pabrik berdasarkan jarak antara pabrik dengan daerah pemasaran hasil produksi.
c. Junction oriented
Penentuan lokasi pabrik berdasarkan jarak antara pabrik dengan sumber bahan mentah dan jarak antara pabrik dengan pasar.
Sifat-sifat bahan baku maupun produk juga digunakan sebagai bahan pertimbangan penentuan lokasi suatu pabrik. Misal pabrik dengan “weight loosing”, dimana hasil produksi jauh lebih ringan bila dibandingkan dengan bahan bakunya, maka lokasi pabrik sebaiknya terletak dekat dengan sumber bahan baku. Sedangkan bila sebaliknya, “weight gaining” dimana produk lebih berat dibanding bahan bakunya, maka sebaiknya pabrik terletak di daerah pemasaran.
2.5.2 Lay out pabrik
Tata letak pabrik harus dirancang sedemikian rupa sehingga penggunaan area pabrik efisien serta proses produksi dan distribusi dapat berjalan lancar sehingga keamanan, keselamatan, dan kenyamanan bagi karyawan dapat terpenuhi.
Setelah diagram alir proses tersusun, lay out pabrik dan peralatan harus direncanakan terlebih dahulu, sebelum perancangan pemipaan struktural dan listrik dimulai.
Perencanaan lay out pabrik meliputi perencanaan lahan penyimpanan, lahan proses, dan handling area. Pertimbangan–pertimbangan yang diperlukan dalam lay out pabrik adalah:
1. Pabrik trisodium phosphat merupakan pabrik baru (bukan pengembangan) sehingga dalam menentukan lay out tidak dibatasi oleh bangunan yang ada.
2. Berdasarkan data kebutuhan TSP yang terus meningkat dari tahun ke tahun, maka pengembangan pabrik di masa mendatang sangat diperlukan. Untuk itu perlu disediakan areal perluasan/pengembangan pabrik yang tidak berjauhan dengan pabrik lama.
3. Tipe dan kualitas produk.
4. Distribusi bahan baku, bahan jadi, air, dan listrik.
5. Keadaan lingkungan ,cuaca, dan sosial.
6. Keamanan terhadap bahaya kebakaran, peledakan, dan gas beracun sehingga dalam perencanaan lay out selalu diusahakan untuk memisahkan sumber api dan panas dari sumber bahan yang mudah terbakar dan meledak.
7. Pengaturan terhadap penggunaan lantai ruangan dan elevasi.
8. Bentuk bangunan.
9. Cara pemeliharaan proses.
Selain itu dalam perancangan lay out pabrik juga perlu diperhatikan:
a. Diusahakan daerah perluasan proses tidak berjauhan dengan daerah proses lama.
b. Kantor diusahakan berjauhan dengan daerah proses, sehingga para pegawai kantor memperoleh ketenangan dalam bekerja.
c. Ruang kontrol cukup dekat dengan unit-unit proses, tetapi jauh dari yang high risk.
d. Unit utilitas harus cukup dekat dengan unit proses tetapi harus tetap aman dari high risk.
e. Cooling tower dan bak air harus di daerah terbuka.
f. Tangki penyimpan yang high risk letaknya harus cukup jauh/terpisah dari unit-unit lainnya.
Secara garis besar lay out pabrik ini dibagi menjadi beberapa daerah utama, yaitu:
1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium, dan ruang kontrol
- Daerah administrasi merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi.
- Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendali proses, kualitas, dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang akan dijual.
2. Daerah proses
Daerah ini merupakan daerah tempat alat-alat proses diletakkan dan proses berlangsung.
3. Daerah pergudangan umum, bengkel dan garasi
4. Daerah utilitas
Adapun perincian luas tanah sebagai bangunan pabrik dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 2.1 Perincian luas tanah dan bangunan pabrik
No Lokasi Ukuran (m) Luas (m2)
1 Pos keamanan 2 (5 x 5) 50
2 Area parkir 25 x 50 1250
3 Perkantoran 50 x 40 2000
4 Masjid 20 x 20 400
5 Poliklinik 20 x 5 100
6 Kantin 20 x 5 100
7 Laboratorium 10 x 30 300
8 Garasi 20 x 20 400
9 Bengkel 25 x 20 500
10 Gudang bahan baku 13 x 50 650
11 Gudang produk 13 x 50 650
12 Daerah utilitas 50 x 42 2100
13 Daerah proses 250 x 100 25000
14 Daerah pengolahan limbah 50 x 42 2100
15 Daerah perluasan 50 x 100 5000
16 Jalan/taman - 8000
17 Aula 30 x 20 600
18 Pemadam kebakaran (PMK) 20 x 5 100
19 Perumahan 100 x 60 6000
Total 55300
Pada prarancangan pabrik trisodium phosphat, lay out pabrik dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Lay out pabrik
2.5.3 Lay out peralatan
Dalam perancangan lay out peralatan proses pada pabrik ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan yaitu:
1. Aliran bahan baku dan produk
Aliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan ekonomis yang besar serta menunjang keamanan dan kelancaran produksi.
2. Aliran udara
Aliran udara di dalam dan sekitar area proses perlu diperhatikan supaya lancar. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat yang dapat menyebabkan akumulasi bahan kimia yang berbahaya sehingga dapat membahayakan keselamatan para pekerja. Disamping itu perlu diperhatikan arah hembusan angin.
3. Cahaya
Penerangan seluruh pabrik harus memadai. Pada tempat-tempat proses yang berbahaya dan beresiko tinggi perlu diberikan penerangan tambahan.
4. Lalu lintas pekerja
Dalam perancangan lay out alat perlu diperhatikan agar pakerja dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah. Apabila terjadi gangguan alat proses dapat segera diperbaiki. Selain itu kemampuan pekerja selama menjalankan tugasnya perlu dperhatikan.
5. Pertimbangan ekonomi
Dalam menempatkan alat-alat proses pada pabrik diusahakan agar dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran serta keamanan produksi pabrik sehingga dapat menguntungkan dari segi ekonomi.
6. Jarak antar alat proses
Untuk alat proses yang mempumyai tekanan dan suhu operasi yang tinggi sebaiknya dipisahkan dari alat proses lainnya sehingga jika terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut tidak membahayakan alat proses lainnya.
Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga:
- Kelancaran proses produksi dapat terjamin.
- Dapat mengefektifkan penggunaan luas lantai.
- Biaya material handling menjadi rendah dan menyebabkan turunnya pengeluaran untuk capital yang tidak penting. Jika lay out peralatan proses sedemikian rupa sehingga urut-urutan proses produksi lancar, maka perusahaan tidak perlu membeli alat angkutan yang biayanya mahal.
- Karyawan mendapat kepuasan kerja, maka produktifitas kerja mereka juga akan meningkat.
1 komentar:
mendingan di simpan ke 4shared atau apa. terus dilink buat didownload. akan lebih nyaman.
Post a Comment