nes KP Kujang IB

(Laporan Kerja Praktek)

Evaluasi Kinerja Ammonia Converter

(Effluent Exchanger) PT. Pupuk Kujang IB

Neni Muliawati

Ione

Text Box

Evaluasi Kinerja Ammonia Converter Feed

LAPORAN KERJA PRAKTEK

PT PUPUK KUJANG I B (PERSERO)

CIKAMPEK – JAWA BARAT

Process Engineering KIB

Tugas Khusus

Evaluasi Kinerja

“Ammonia Converter Feed / Effluent Exchanger ”

Oleh

Neni Muliawati 0415041056

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2008

Judul Kerja Praktek : Evaluasi Kinerja ’Ammonia Feed / Effluent

Exchanger’

Nama Mahasiswa : Neni Muliawati Nomor Pokok Mahasiswa : 0415041056 Jurusan : Teknik Kimia Fakultas : Teknik MENYETUJUI,

Pembimbing

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

Ketua Jurusan Teknik Kimia

Ir. Azhar, M.T. NIP. 132126862

MENGESAHKAN

Tim Penguji Ketua : Herti Utami , S.T. , M.T. ........................... Penguji Bukan Pembimbing : Dewi Agustina , S.T. , M.T ............................

Tanggal Lulus Seminar Kerja Praktek : 10 Maret 2008

SANWACANA

Bismillahirrahmanirrahim....

Puji syukur ke hadirat Khalik , Sang Maha Pengasih Allah SWT karena berkat

anugerah dan kasih sayang-Nya penulis dapat melaksanakan serta menyelesaikan

laporan kerja praktek ini . Shalawat serta salam teruntuk junjungan besar kita

Rasullullah Muhammad SAW atas contoh suri tauladan bagi umat muslim .

Penulis melaksanakan kerja praktek di PT. PUPUK KUJANG IB periode 6

Agustus - 6 September 2007 di Bagian Process Engineer KIB dengan tugas

khusus “ Evaluasi Kinerja Ammonia Feed / Effluent Exchanger ”.

Penulis menyadari banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak selama

pelaksanaan kerja praktek, pengerjaan laporan kerja praktek dan seminar kerja

praktek. Melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ayahanda ‘Nelson’ dan Ibunda ‘Azni’ atas curahan cinta kasih , doa & ridho

kedua orang tua yang insyAllah merupakan ridho Allah , nasihat , dukungan

material yang kesemuanya tak penat selalu diberikan kepada penulis.

2. Adinda tersayang ‘Nina Fitria’ , ‘Nestri’ dan ‘Naufal Azel Muzakkiy’ atas

segala rasa cinta persaudaraan , support , nasihat serta limpahan doa .

3. Bapak Ir. Azhar M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas

Lampung.

4. Ibu Herti Utami , S.T. , M.T. , selaku dosen pembimbing kerja praktek yang

telah memberikan petunjuk dan bimbingan dalam penyusunan laporan ini.

5. Ibu Dewi Agustina , S.T. , M.T , selaku dosen penguji atas segala kritik dan

saran dalam perbaikan isi dan penulisan laporan ini.

6. Ibu Meiry Heniarita , S.T , selaku pembimbing lapangan yang telah

memberikan bimbingan selama penulis berada di PT. Pupuk Kujang IB .

7. Tim Process Engineer KIB ( Bapak Roni dan Bapak Dadang ) serta seluruh

jajaran staf Kujang IB atas informasi dan data-data yang dibutuhkan penulis .

8. Om ‘Chairil’ dan Tante ‘Lutfia’ beserta keluarga atas bantuan selama

pengurusan administrasi pendaftaran di P.T Pupuk Kujang , yang juga telah

mengizinkan penulis tinggal di kediaman Komplek Perumahan Pupuk Kujang

Jl . Kenanga C13 , terutama atas rasa kasih sayang kekeluargaan , nasihat

serta contoh teladan yang selalu terukir dihati penulis .

9. Om ‘Surya’ abo inggi yang sangat membantu dengan pemberian komputer

dan printer sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan kerja praktek ini .

10. Sahabat sekaligus saudari : ‘Usnul’ atas support dan doa; rekan kerja praktek

penulis ‘Anita’ (beserta keluarga) yang mengizinkan penulis tinggal sekitar 1

bulan di kediamannya juga mengizinkan penggunaan komputer serta printer

dan ‘Cici’ yang mendampingi penulis selama persiapan dan pelaksanaan

seminar “thanks for ours unforgettable memories of Kujang” ; ‘Micun’ ,

‘Uly’ , Fajar‘kijang2’ yang membantu selama persiapan seminar kerja praktek

; ‘Indriyani , Icha dan Ade’ yang menjadi teman diskusi Heat Exchanger ;

‘Puji’ yang mengizinkan penulis memakai komputer miliknya ; Nur ‘Nu’

yang meminjamkan printer ; ‘Sheelin’05 yang meminjamkan buku McCabe .

11. Kak Anggi ‘Zie’ 00 yang meminjamkan komputer , membantu membawakan

komputer penulis dari rumah Jakarta , atas informasi , saran , diskusi

mengenai Kujang dan perhitungan tugas khusus , doa serta dukungan .

12. Kebersamaan teman – teman KIB : Rekan sebimbingan Meta dan Asep

(POLBAN) ; Galih dan Joe ( UNTAG ) , Bas dan Fitri ( ITB ) .

13. Teman – teman seperjuangan 2004 yang namanya tercantum di hati , Rekan

seluruh angkatan di Jurusan Teknik Kimia atas bantuan , dukungan dan juga

kehadiran pada seminar kerja praktek penulis.

14. Segenap pihak yang telah membantu dalam pelaksanaan dan penyusunan

laporan Kerja Praktek yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini dapat berguna dan bermanfaat.

Bandar Lampung , Maret 2008

Neni Muliawati

i

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ........................................................................................................... i

DAFTAR TABEL .............................................................................................iv

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... v

ABSTRAK ........................................................................................................... vi

I. PENDAHULUAN ........................................................................................... 1

A. Sejarah PT. Pupuk Kujang .......................................................................... 1 B. Deskripsi Proses .......................................................................................... 2

1. Unit Utilitas ............................................................................................ 2 2. Unit Produksi Amonia ........................................................................... 3 3. Unit Produksi Urea ................................................................................ 3 4. Unit Pengantongan ................................................................................. 4

C. Pelaksanaan Kerja Praktek ........................................................................... 5 D. Tujuan kerja Praktek .................................................................................... 5 E. Ruang Lingkup Kerja Praktek ...................................................................... 5

II. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 6

A. Karakteristik Bahan Baku dan Produk ........................................................... 6 1. Karakteristik Bahan Baku ........................................................................... 6 2. Karakteristik Produk ................................................................................... . 7

B. Pembuatan Amonia ........................................................................................ 9 1. Sejarah Pembuatan Amonia ........................................................................ 9 2. Macam-macam Proses Sintesis Amonia ..................................................... 9 3. Prinsip Proses Sintesis Amonia .................................................................. 11 4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Amonia................................. 12

C. Pembuatan Urea .............................................................................................. 13 1. Sejarah Pembuatan Urea ............................................................................. 13 2. Macam-Macam Metode Sintesis Urea ....................................................... 14 3. Konsep Proses Sintesis Urea ...................................................................... 14 4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Urea ...................................... 15

ii

III. BAHAN BAKU ............................................................................................. 16

A. Bahan Baku Utama ......................................................................................... 16 1. Gas Alam .................................................................................................... 16 2. Udara .......................................................................................................... 17 3. Air ............................................................................................................... 17 4. Amonia Cair ............................................................................................... 18 5. Gas Karbondioksida ................................................................................... 18

B. Bahan Baku Penunjang ................................................................................... 18 1. aMDea ( Activated Methyldiethanolamine ) ............................................... 19 2. Katalis ......................................................................................................... 19

IV. SISTEM PROSES ......................................................................................... 20

A. Unit Produksi Amonia .................................................................................... 20 1. Unit Pemurnian Gas Alam .......................................................................... 20 2. Unit Pembuatan Gas Sintesis ...................................................................... 22 3. Unit Pemurnian Gas Sintesis ...................................................................... 24 4. Unit Sintesis Amonia .................................................................................. 27 5. Unit Purifikasi dan Refrigerasi Amonia ..................................................... 29 6. Unit Ammonia Recovery ............................................................................. 29 7. Unit Hydrogen dan Purge Gas Recovery....................................................30 8. Unit Condensate Stripping..........................................................................30

B. Unit Produksi Urea .......................................................................................... 31 1. Unit Synthesis Loop .................................................................................... 31 2. Unit Purification ......................................................................................... 33 3. Unit Concentration ..................................................................................... 34 4. Unit Prilling ................................................................................................ 35 5. Unit Recovery..............................................................................................36 6. Unit Condensate Treatment........................................................................37

V. UNIT PENUNJANG PRODUKSI ................................................................ 39

A. Unit Pengantongan ......................................................................................... 39 1. Sistem Pengelolaan Urea Curah ............................................................... 39 2. Sistem Pengantongan Urea ....................................................................... 40 3. Sistem Pengelolaan Urea Kantong ........................................................... 40

VI. SISTEM PEMROSES DAN INSTRUMENTASI ...................................... 41

A. Alat-Alat Proses ............................................................................................. 41 1. Alat-Alat Utama Unit Amonia ................................................................... 41 2. Alat-Alat Utama Unit Urea ........................................................................ 44

B. Sistem Pengendalian dan Instrumentasi ......................................................... 46

VII. PRODUK ..................................................................................................... 48

A. Produk Utama ................................................................................................. 48 B. Produk Antara dan Produk Samping .............................................................. 49

iii

VIII. UTILITAS .................................................................................................. 51

A. Unit Water Intake ........................................................................................... 51 B. Unit Pengolahan Air ...................................................................................... 52

1. Unit Water Pretreatment ........................................................................... 52 2. Unit Demineralization ............................................................................... 53

C. Unit Pembangkit Steam .................................................................................. 54 D. Unit Pembangkit Listrik ................................................................................. 54

1. Gas Turbine Generator Solar ( G-GI 7001 ) ............................................ 54 2. PLN (Perusahaan Listrik Negara) ............................................................. 54 3. Emergency Generator .............................................................................. 55 4. UPS (Uninterupted Power Supply) ........................................................... 55 5. DC Charger .............................................................................................. 55

E. Unit Pengolahan Air Pendingin (Cooling Water) .......................................... 55 F. Unit Pengolahan Udara Pabrik dan Udara Instrumen .................................... 56 G. Unit Gas Metering System .............................................................................. 56

1. Natural Gas System ................................................................................. 56 2. Nitrogen System ....................................................................................... 56

H. Unit Pengolahan Limbah ( Waste Water Treatment ) .................................... 57 1. Pemisahan Air Berminyak (Oily Water Separator ). ............................... 57 2. Netralisasi Asam-Basa.............................................................................. 58

IX. TATA LETAK DAN LOKASI PABRIK ................................................... 59

A. Tata Letak Pabrik ........................................................................................... 59 B. Lokasi Pabrik ................................................................................................. 60

X. ORGANISASI ................................................................................................ 61

A. Struktur Organisasi ......................................................................................... 61 B. Struktur Kebutuhan Tenaga Kerja .................................................................. 62 C. Waktu Kerja .................................................................................................... 62 D. Sistem Penggajian .......................................................................................... 63 E. Keselamatan Kerja .......................................................................................... 64

DAFTAR PUSTAKA

neni muliawati

Text Box

LAPORAN TUGAS KHUSUS KERJA PRAKTEK

iv

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel

2.1 Sifat-sifat Gas Alam .................................................................... 6 2.2 Sifat-sifat Air ................................................................................ 7 2.3 Sifat-sifat Urea ............................................................................. 8 2.4 Sifat-sifat amonia ......................................................................... 8 3.1 Komposisi Gas Alam .................................................................. 17 3.2 Jenis Katalis…. ................................................................... ……. 19

6.1.1 Unit Pemurnian Gas Alam ……………………………………... 41 6.1.2 Unit Pembuatan Gas Sintesis…………………………………… 41

6.1.3 Unit Pemurnian Gas Sintesis…………………………………… 42 6.1.4 Unit Sintesis Amonia…………………………………………… 42 6.1.5 Unit Purifikasi dan Refrigerasi Amonia………………………... 43 6.1.6 Unit Ammonia Recovery………………………………………... 43 6.1.7 Unit Hydrogen dan Purge Gas Recovery..................................... 43 6.1.8 Unit Condensate Stripping……………………………………... 43 6.2.1 Unit Synthesis Loop .................................................................... 44 6.2.2 Unit Purification ......................................................................... 44 6.2.3 Unit Concentration ..................................................................... 44 6.2.4 Unit Prilling ................................................................... ………. 45 6.2.5 Unit Recovery............................................................................... 45

6.2.6 Unit Condensate Treatment.......................................................... 46 7.1 Kualitas Produk Urea ................................................................. 48

7.2 Ukuran Produk Urea...................................................................... 48 7.3 Kualitas ammonia cair ................................................................. 49 7.4 Kualitas gas CO2 ......................................................................... 50 7.5 Kapasitas Produksi Tiap Produk Samping .................................. 50

v

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar

1.1 Bagan Overall Process PT Pupuk Kujang IB ............................... 4

8.1 Unit Water Treatment ....................................................................... 52

8.2 Nitrogen System................................................................................ 57

8.3 Waste Water Treatment................................................................... 58

vi

ABSTRAK

Oleh

Neni Muliawati

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

Kata kunci : Pabrik Pupuk Kujang IB , amonia , urea

I. PENDAHULUAN A. Sejarah PT Pupuk Kujang IB ( KIB ) Pada repelita pertama sekitar tahun 1960-an pemerintah Indonesia mencanangkan

pelaksanaan program peningkatan produksi pertanian di dalam usaha swasembada

pangan . Demi suksesnya program pemerintah ini maka kebutuhan akan pupuk harus

terpenuhi . Mengingat perkiraan produksi pupuk urea dari PT. Pupuk Sriwijaya I (PUSRI

I) tidak mencukupi serta menyusul ditemukannya sumber minyak dan gas alam di

Cilamaya (pantai utara Jawa Barat) , maka muncul gagasan untuk membangun pabrik

urea di Jawa Barat .

Gagasan terealisasi dengan lahirnya PT.Pupuk Kujang pada tanggal 9 Juni 1975 yang

merupakan sebuah BUMN di lingkungan Departemen Perindustrian yang mengemban

tugas untuk membangun pabrik Pupuk Urea di desa Dawuan, Cikampek, Jawa

Barat.Pembangunan pabrik mulai dilakukan bulan Juli 1976 dan berjalan lancar sehingga

pada tanggal 7 November 1978 pabrik sudah mulai berproduksi dengan kapasitas

570.000 ton/tahun untuk produksi urea dan 330.000 ton/tahun untuk produksi

ammonia.Peresmian Pembukaan pabrik dilaksanakan oleh Presiden Soeharto pada 12

Desember 1978 dan mulai beroperasi secara komersial pada 1 April 1979.

Sesuai dengan program pemerintah dalam mendukung ketahanan pangan nasional dan

sesuai dengan rencana jangka panjang perusahaan , PT Pupuk Kujang membangun Pabrik

Pupuk Kujang IB ( KIB ).Pendirian pabrik KIB ini bertujuan untuk meningkatkan

kemampuan PT Pupuk Kujang dalam memasok kebutuhan pupuk di Jawa Barat ,

2

meningkatkan skala ekonomis usaha perusahaan , dan melipat gandakan efek ekonomi

pada daerah disekitar perusahaan .

Pembangunan Pabrik Kujang IB ditangani oleh Kontraktor Utama Toyo Engineering

Corporation ( TEC ) Jepang dan Sub Kontraktor dalam negeri yaitu PT . Rekayasa

Industri sebagai detail engineering construction dan PT . Inti Persada Teknik ( IKPT )

sebagai engineering construction untuk unit service .

Penandatanganan kontrak dilaksanakan pada 15 Maret 2001 dan konstruksi dimulai pada

1 Oktober 2003 – 6 September 2005 , produksi amonia perdana terjadi pada 17 Oktober

2005 dan produksi urea prill perdana terjadi pada 24 Oktober 2005 .

Performance test untuk pabrik KIB dilaksanakan pada 17 – 31 Januari 2006 dimana

kapasitas pabrik sama seperti pabrik yang ada yaitu kapasitas untuk pabrik amonia

sebanyak 330.000 ton / tahun dengan menggunakan teknologi Low Process Energy dan

pabrik urea menggunakan teknologi ACES 21 dengan kapasitas sebanyak 570.000 ton /

tahun .

B.Deskripsi Proses Secara garis besar, keseluruhan proses yang ada di pabrik Pupuk Kujang IB terbagi

menjadi 4 bagian utama, yaitu : Unit Utilitas, Unit Produksi Amonia, Unit Produksi Urea,

dan Unit Pengantongan . Pada bagian berikut ini akan dijelaskan penjelasan dari tiap-tiap

unit :

1. Unit Utilitas

Unit ini mengelola dan menyediakan sarana untuk menunjang unit-unit lain dan

berfungsi juga untuk mengawasi,memproduksi untuk kelancaran proses produksi

dari suatu pabrik. Unit Utilitas ini terdiri dari 8 unit utama yaitu:

3

a. Unit water intake

b. Unit pengolahan air

c. Unit pembangkit steam

d. Unit pembangkit listrik

e. Unit pengolahan air pendingin ( cooling water )

f. Unit pengolahan udara pabrik dan udara instrumen

g. Unit gas metering system

h. Unit pengolahan limbah ( waste water treatment )

2. Unit produksi amonia

Unit produksi ini berfungsi untuk mengolah gas alam menjadi amonia dan

karbondioksida (CO2) yang akan digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan

urea . Unit Produksi Amonia ini terdiri dari 8 unit yaitu:

a) Unit pemurnian gas alam

b) Unit pembuatan gas sintesis

c) Unit pemurnian gas sintesis

d) Unit sintesis amonia

e) Unit purifikasi dan refrigerasi amonia

f) Unit ammonia recovery

g) Unit hydrogen recovery dan purge gas recovery

h) Unit process condensate stripping

3. Unit produksi urea

Unit ini berfungsi untuk memproduksi urea dengan cara mereaksikan amonia cair

dan CO2 yang berasal dari unit amonia dalam reaktor urea yang akan

menghasilkan urea, ammonium karbamat, biuret, air dan excess amonia. Urea

tersebut dipisahkan dari produk lainnya dengan cara pemanasan.

Dalam unit ini terdiri dari 6 unit utama yaitu :

a. Unit Synthesis Loop

b. Unit Purification

c. Unit Concentration

4

d. Unit Prilling

e. Unit Recovery

f. Unit Process Condensate Treatment

4. Unit Pengantongan ( Bagging )

Unit ini berfungsi untuk mengemas urea ke dalam karung-karung plastik dengan

beberapa ukuran , mendistribusikan pupuk ke konsumen (pasar) dan menyimpan

urea yang belum terjual di dalam gudang penyimpanan yang berkapasitas 40.000

ton .

Secara umum bagan hubungan antara keempat unit bagian tersebut dapat dilihat

pada Gambar 1 dibawah ini

Gambar . 1.1 Overall Process PT Pupuk Kujang IB

5

C. Pelaksanaan Kerja Praktek Jurusan Teknik Kimia merupakan salah satu jurusan di Fakultas Teknik Universitas

Lampung yang menyelenggarakan pendidikan terapan dalam bidang teknik proses dan

proses pengubahan bahan baku menjadi produk . Untuk merealisasikan hal tersebut, salah

satu pendidikan dan pengajaran yang diterapkan oleh jurusan Teknik Kimia Universitas

Lampung adalah Orientasi Kerja Praktek Lapangan . Kerja praktek ini dilaksanakan

selama 1 bulan yaitu mulai tanggal 06 Agustus – 06 September 2007 yang bertempat di

PT. Pupuk Kujang IB , Cikampek – Jawa Barat.

D. Tujuan Kerja Praktek Tujuan pelaksanaan kerja praktek di PT. Pupuk Kujang IB , antara lain:

1. Mendapatkan informasi mengenai proses pembuatan amonia dan urea, serta

sarana yang mendukung produksi di PT. Pupuk Kujang IB .

2. Mendapatkan informasi mengenai manajemen organisasi dalam suatu pabrik dan

penerapannya dalam upaya mengoperasikan suatu sarana produksi .

3. Mengidentifikasi suatu masalah yang terdapat pada perusahaan dengan

pelaksanaan tugas khusus .

E. Ruang Lingkup Kerja Praktek

Adapun ruang lingkup pelaksanaan kerja praktek di PT Pupuk Kujang IB antara lain :

1. Pengenalan perusahaan secara umum melalui orientasi umum .

2. Orientasi khusus yang meliputi pengenalan sistem proses dan sistem pemroses.

Dalam orientasi khusus penulis ditempatkan di dinas Teknik Proses ( Process

Engineering ) KIB .

3. Melaksanakan analisa sistem pemrosesan di salah satu unit sebagai pelaksanaan

tugas khusus di unit Amonia KIB dengan judul Evaluasi Kinerja “Ammonia

Converter Feed / Effluent Exchanger ( A-121-C ) ”

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Karakteristik Bahan Baku dan Produk

Sifat fisik dan kimia dari senyawa yang akan dijadikan bahan baku dan produk

yang akan dihasilkan suatu proses sangat diperlukan. Hal ini dimaksudkan

untuk mengetahui perlakuan awal dan kondisi operasi apa saja yang nanti akan

dilakukan sehingga didapatkan produk yang diinginkan.

1. Karakteristik Bahan Baku

Pembuatan urea di PT Pupuk Kujang menggunakan bahan baku antara

lain: gas alam, udara, dan air.

a. Gas Alam

Komposisi gas alam dipengaruhi oleh letak geografis sumber gas alam

tersebut, sedangkan sifat gas alam dipengaruhi oleh komponen yang ada

didalamnya. Sifat fisik gas alam dapat dilihat pada Tabel 2.1.Gas alam

yang digunakan sebagai bahan baku di PT Pupuk Kujang berasal dari

beberapa sumber minyak yang berada di lepas pantai utara Jawa Barat.

Tabel 2.1 Sifat-sifat fisik gas alam

Komponen Berat Molekul

Titk Didih Normal

(ºF)

Specific Gravity Cairan (60ºC)

Specific Gravity

Gas (60ºC)

Panas Pembentu

kan (Kkal/mol)

Metana 16,04 -258,7 0,248 0,554 -17,89 Etana 30,07 -127,5 0,368 1,038 -20,24

Propana 44,09 -43,7 0,508 1,552 -24,82 i-butana 58,12 10,9 0,563 2,001 -32,15 n-butana 58,12 31,1 0,584 2,001 -30,15 i-pentana 72,15 82,1 0,625 2,491 -36,92 n-pentana 72,15 96,9 0,631 2,491 -35,00 n-heksana 86,17 155,7 0,664 2,975 -39,96

CO2 44,01 -164,9 0,815 1,519 -94,05 H2S 34,08 -76,5 0,790 1,176 -4,82 N2 28,02 -320,4 0,808 0,967

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

7

b. Udara

Kandungan terbesar komposisi udara terdiri dari 79 % N2, 20 % O2 dan

sisanya senyawa lain dalam jumlah kecil. Udara memiliki temperatur

kritis (Tc) = -140,7 ºC dan tekanan kritis (Pc) = 37,2 atm dan densitas

kritis (ρc) = 350 kg/m3 .

c. Air

Air (H2O) merupakan senyawa polar dan reaktif, oleh karena itu air dapat

bereaksi dengan berbagai macam zat yang kepolarannya sama dan dapat

menghantarkan listrik dengan baik . Air mempunyai tekanan kritis (Pc) =

218,4 atm, temperatur kritis (Tc) = 374,15º C, dan densitas kritis (ρc) =

323 kg/cm3. Sifat-sifat air lainnya dapat dilihat pada Tabel 2.2

Tabel 2.2 Sifat-sifat fisik air.


2. Karakteristik Produk

Produk-produk yang dihasilkan oleh PT. Pupuk Kujang adalah Urea

sebagai produk utama dan amonia (NH3), karbondioksida (CO2),

karbonmonoksida (CO) , gas hidrogen (H2) , gas nitrogen (N2) sebagai

produk antara.

a. Urea

Urea adalah senyawa berbentuk serbuk putih, tidak berbau atau

mengeluarkan bau amonia, dan tidak berasa .Urea mempunyai rumus

molekul NH2CONH2 . Di dalam air, urea akan terhidrolisis menjadi

amonium karbamat (NH2COONH4) yang selanjutnya akan

terdekomposisi menjadi NH3 dan CO2 .

Sifat-sifat urea dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Sifat Air Berat molekul 18,05

Titik Beku (°C) 0 Titik Didih (°C) 100 Densitas (g/mL) 0,998 Viskositas (cP) 0,8948

Panas pembentukan (kJ/mol) 285,89 (18°C) Panas penguapan (kJ/mol) 40,65(100°C)

Panas spesifik (J/g°C) 4,179

8

Tabel 2.3. Sifat-sifat fisik urea

Sumber: Perry, R., “Perry’s

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


b. Amonia

Amonia (NH3) merupakan bahan dasar pembuatan pupuk yang berbasis

nitrogen, senyawa ini digunakan sebagai penyedia nitrogen yang siap

digunakan dibandingkan dengan nitrogen bebas yang merupakan senyawa

inert karena lebih mudah dikonversi oleh tanaman.

Amonia mempunyai bau yang sangat menyengat. Titik didihnya sangat

rendah (-33,35 oC) pada tekanan atmosfer sehingga berwujud gas yang

tidak berwarna dan sangat mudah larut dalam air membentuk basa lemah

amonium hidroksida (NH4OH).

NH3(g) + H2O(l) NH4OH(l) (2.1)

Amonia dapat berwujud cair jika berada pada tekanan tingi yaitu sekitar

10 atm. Sifat-sifat ammonia dapat dilihat pada Tabel 2. 4.

Tabel 2. 4 Sifat-sifat fisik amonia

Karakteristik Nilai Berat Molekul 17,03 Titik Beku (oC) -77,07Titik didih (oC) -33,35 Densitas (g/mL) 0,817 (80 oC) Viskositas (cP) 0,255 (-30 oC)

Panas Pembentukan (kJ/mol) 46,2 (18 oC)

Karakteristik Nilai Titik leleh 132,7 oC

Indeks refraksi, nD20 1,484;1,602

Specific gravity, d420 1,335

Bentuk kristalin Tetragonal, prisma Energi bebas pembentukan (25oC) -42,120 cal/g mol

Panas Pembentukan 60 cal/g, endotermik Panas larutan, dalam air 58 cal/g, endotermik

Panas kristalisasi 110 cal/g, eksotermik 70% densitas bulk larutan urea 0,74 g/cm2

9

Panas Penguapan (kJ/mol) 23,3 (-33,3 oC) Panas spesifik (J/g oC) 2,225


B. Pembuatan Amonia

1. Sejarah Pembuatan Amonia

Pada tahun 1789 seseorang yang bernama C.L. Barthelot menemukan senyawa

amonia yang tersusun atas nitrogen dan hidrogen. Hidrogen murni yang

digunakan diperoleh dengan elektrolisis air, sedangkan nitrogen diperoleh

dengan distilasi udara cair, tetapi cara ini dinilai kurang efektif dan

membutuhkan banyak biaya sehingga dilakukan percobaan untuk memperoleh

proses lain yang lebih ekonomis sampai akhirnya Fritz Haber (1904-1909)

menemukan cara sintesis amonia dengan proses lain yang lebih ekonomis

yang dilakukan pada tekanan tinggi dengan penggunaan katalis yang sesuai.

Kemudian pada tahun 1913 Carl Bosch yang memimpin Badishe Anilud Soda

Fabric (BASF) bekerjasama dengan Fritz Haber berhasil mengembangkan

proses komersial untuk memproduksi amonia dengan mereaksikan gas nitrogen

dan gas hidrogen yang diperoleh dari batu bara yang direaksikan dengan steam

dan menggunakan katalis besi dengan penambahan Al2O3, MgO, CaO dan K2O

sebagai promotor. Sehingga sintesis amonia tersebut dikenal dengan proses

Haber-Bosch, dengan persamaan reaksinya adalah:

N2 (g) + 3H2(g) 2NH3(g) (2.2)

2. Macam-macam Proses Sintesis Amonia

Sampai saat ini ada banyak cara untuk sintesis amonia di antaranya adalah

sebagai berikut :

a. Proses Haber-Bosch s

10

b. Proses Claude

c. Proses Casale

d. Proses Fauser

e. Proses Mont Cenis

f. Proses Kellog

Proses yang dipakai oleh PT Pupuk Kujang IB untuk memproduksi amonia adalah

lisensi dari Kellog Brown & Root (KBR) , Inc menggunakan proses hemat energi.

Adapun secara garis besar tahapan prosesnya adalah sebagai berikut :

Pada langkah pertama, yang direaksikan adalah pembentukan gas hidrogen,

karbonmonoksida dan karbondioksida dari senyawa hidrokarbon (gas alam) dan

steam pada primary reformer. Pada primary reformer terdapat 4 buah heater yang

masing-masing heater terdiri dari 48 tube katalis. Katalis yang dipakai adalah

katalis nikel. Reaksi yang terjadi pada primary reformer ini adalah :

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) ∆H = 49,3 kkal/mol (2.3)

CO (g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) ∆H = -9,8 kkal/mol (2.4)

Gas yang keluar diharapkan mempunyai tekanan 36,2 kg/cm2 dan suhu 799 oC

kemudian dikirim ke secondary reformer yang berfungsi sebagai tempat

berlangsungnya reaksi reforming. Reaksi yang terjadi sama dengan reaksi pada

primary reformer, tetapi panas yang digunakan diperoleh dari pembakaran

langsung dengan udara di dalam reaktor. Gas dan campuran udara steam masuk ke

secondary reformer secara terpisah dari bagian atas. Gas dan udara dicampur

dalam mixing zone, dimana terjadi reaksi pembakaran sebagai berikut:

CH4(g) + O2(g) CO2(g) + 2H2O(g0 ∆H = -191,73 kkal/mol (2.5)

2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) ∆H = -57,58 kkal/mol (2.6)

Reaksi di atas adalah reaksi eksoterm (mengeluarkan panas) sehingga panas

pembakaran ini digunakan untuk reaksi reforming di bed katalis. Untuk

membentuk urea , diperlukan NH3 dan CO2 sebagai bahan baku . Oleh karena

itu, gas CO yang ada perlu diubah menjadi CO2 dalam shift converter yang

berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi CO manjadi CO2. Reaksi yang terjadi

pada shift converter adalah sebagai berikut :

11

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) ∆H = -9,8 kkal/mol (2.7)

Unit ini pun berfungsi sebagai tempat untuk mempersiapkan bahan baku sebelum

masuk ke ammonia converter, yang berupa gas N2 dan H2 sehingga gas-gas lain

yang ada harus dipisahkan dahulu . Gas CO2 yang diperlukan dalam pembuatan

urea diambil dengan cara diserap menggunakan larutan penyerap aMDEA yang

kemudian dilepaskan kembali sehingga diperoleh gas CO2. Prosesnya adalah gas

yang keluar dari konverter dimasukkan ke dalam absorber.Reaksi absorbsi CO2

dengan menggunakan aMDEA adalah sebagai berikut :

a + MDEA + H2O(l) + CO2(g) MDEAH+ + HCO3

- (2.8)

Gas CO2 dalam larutan rich solution akan dipisahkan dengan proses stripping

yang beroperasi pada tekanan rendah dan suhu tinggi . Reaksi yang terjadi

merupakan kebalikan reaksi absorbsi yaitu :

MDEAH+ + HCO3

- a + MDEA + H2O(l) + CO2(g) (2.9)

Gas CO2 inilah yang digunakan sebagai umpan pada reaktor sintesis urea. Gas

yang keluar dari absorber masih mengandung sisa CO dan CO2 yang dapat

menyebabkan rusaknya katalis di ammonia converter , oleh karena itu perlu

diubah menjadi CH4 yang tidak meracuni katalis dalam metanator. Reaksi yang

terjadi dalam metanator merupakan reaksi kebalikan dari primary reformer.

CO(g) + 3H2g) CH4(g) + H2O(g) ∆H = -49,3 kkal/mol (2.10)

CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + H2O(g) ∆H = 639,5 kkal/mol (2.11)

Reaksi yang terjadi pada ammonia converter adalah sebagai berikut :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) (2.12)

Amonia yang terbentuk itu lalu dipisahkan dan dikondensasikan yang kemudian

disimpan dalam bentuk cair .

3. Prinsip Proses Sintesis Amonia

12

Reaksi utama di unit amonia adalah reaksi gas hidrogen dan nitrogen menjadi

NH3 yang terjadi pada seksi ammonia converter . Kondisi operasi optimum untuk

reaksi tersebut adalah dengan mempertahankan reaksi pada tekanan antara 140-

150 kg/cm2 dan temperatur antara 430-500 oC . Reaksi yang terjadi adalah sebagai

berikut :

1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) NH3(g) ∆H 700K = -52,6 kJ/mol K (2.13)

4. Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Sintesis Amonia

Ada banyak variabel yang mempengaruhi sintesis amonia di dalam ammonia

converter di antaranya adalah temperatur, tekanan, laju alir gas sintesis dan

kecepatan ruang, perbandingan antara H2 dan N2, jumlah inert, serta katalis.

Penjelasan dari masing-masing faktor adalah sebagai berikut :

a. Temperatur

Sesuai dengan Azas Le Chatelier “Jika suatu sistem berada dalam

kesetimbangan, suatu kenaikan temperatur akan menyebabkan

kesetimbangan itu bergeser ke arah yang menyerap kalor (reaksi

penguraian/reaksi endoterm)”. Dan reaksi sintesis amonia merupakan

reaksi eksoterm (reaksi pembentukan) :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆Hr o = -92,22 kJ (2.14)

Sedangkan reaksi penguraian amonia adalah reaksi endoterm :

2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ∆Hr o = 92,22 kJ (2.15)

Perubahan temperatur akan mengakibatkan bergesernya kesetimbangan

reaksi.

b. Tekanan

Menurut Azas Le Chatelier, kenaikan tekanan menyebabkan reaksi

bergeser ke arah mol (koefisien reaksi) yang lebih kecil (ke arah

pembentukkan NH3), tetapi jika tekanan berkurang maka kecepatan

tumbukan antar molekul reaktan berkurang, sehingga kecepatan reaksi

pembentukkan NH3 menurun atau ke arah penguraian NH3 .

13

c. Laju alir gas reaktan

Sesuai dengan Azas Le Chatelier, jika komponen reaktan ditambah dan

produk terus-menerus diambil/dikurangi maka reaksi kesetimbangan akan

bergeser ke arah pembentukkan NH3.

d. Perbandingan reaktan antara hidrogen dan nitrogen

Menurut reaksi kesetimbangan, pembentukan amonia dalam

memproduksi 1 mol gas NH3 membutuhkan 1/2 mol N2 dan 3/2 mol H2.

Perbandingan N2:H2 = 1:3.

e. Jumlah gas inert

Jika terjadi peningkatan kadar gas inert dalam ammonia coverter yang

terutama terdiri dari metana dan argon maka dapat mengakibatkan

turunnya produksi pembentukkan amonia.

f. Katalis

Katalis merupakan zat yang dapat mempercepat reaksi namun tidak ikut

bereaksi. Peranan katalis adalah untuk menurunkan energi aktivasi reaksi.

Sesuai dengan fasa terjadinya reaksi, maka katalis dibedakan menjadi dua

jenis yaitu: katalis homogen dan heterogen. Dalam industri umumnya

katalis yang dipakai adalah katalis heterogen karena lebih ekonomis.

Katalis heterogen yang paling banyak digunakan adalah dalam bentuk

unggun dengan keunggulan lebih mudah pengoperasiannya, mudah dalam

regenerasi, dan harganya relatif lebih murah. Katalis yang digunakan

untuk sintesis amonia adalah iron.

C. Pembuatan Urea

1. Sejarah Pembuatan Urea

14

Urea ditemukan pertama kali oleh Roelle pada tahun 1773 dalam urine.

Pembuatan urea dari amonia dan asam sianida untuk pertama kalinya ditemukan

oleh F.Wohler pada tahun 1828 . Namun pada saat ini pembuatan urea pada

umumnya menggunakan proses dehidrasi yang ditemukan oleh Bassarow pada

tahun 1870. Proses ini mensintesis urea dari pemanasan amonium karbamat.

Prinsip pembuatan urea pada umumnya yaitu dengan mereaksikan antara amonia

dan karbondioksida pada tekanan dan temperatur tinggi didalam reaktor kontinu

untuk membentuk amonium karbamat (reaksi1) selanjutnya amonium karbamat

yang terbentuk didehidrasi menjadi urea (reaksi 2).

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

Reaksi 1 : 2 NH3(g) + CO2(g) NH2COONH4(g) (2.16 )

Reaksi 2 : NH2COONH4(g) NH2CONH2(g) + H2O(l) (2.17)

Sintesis urea dilakukan dengan amonia yang berlebih agar kesetimbangan dapat

bergeser ke arah kanan sehingga dapat dihasilkan produk yang lebih banyak .

2. Macam-Macam Proses Sintesis Urea

Berdasarkan ammonium karbamat yang tidak terkonversi,proses sintesis urea

secara komersial dapat dibagi menjadi beberapa jenis yaitu :

a. Once-through urea process

Amonium Karbamat yang tidak terkonversi menjadi urea didekomposisi

menjadi gas NH3 dan CO2 dengan cara memanaskan keluaran urea syntesis

reaktor pada tekanan rendah . Gas NH3 dan CO2 dipisahkan dari larutan

urea dan dimanfaatkan untuk memproduksi garam amonium dengan cara

mengabsorbsi NH3 dengan larutan asam nitrat atau asam sulfat sebagai

absorben.

b. Solution recycle urea process

Karbamat yang tidak terkonversi didekomposisi menjadi gas NH3 dan CO2 .

Selanjutnya gas amonia dan karbondioksida tersebut diabsorbsi oleh air dan

dikembalikan kedalam reaktor dalam bentuk larutan.

15

3. Konsep Proses Sintesis Urea Pada umumnya urea diproduksi dengan mereaksikan amonia dan CO2 pada

kondisi operasi optimumnya pada temperatur 185 oC dan tekanan 250 kg/cm2

sesuai dengan reaksi Bassarow sebagai berikut:

2NH3(g) + CO2(g) NH2COONH4(g) ∆H = -117 kJ/mol (2.18)

NH2COONH4(g) NH2CONH2(g) + H2O(l) ∆H = 15,5 kJ/mol (2.19)

Dari kedua reaksi di atas dapat dilihat bahwa reaksi pertama adalah eksoterm

(mengeluarkan panas) dan yang kedua adalah endoterm (memerlukan panas).

Panas yang dihasilkan pada reaksi pertama diserap pada reaksi kedua .

4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Urea

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi pembuatan urea yaitu:

a. Temperatur

Reaksi sintesis urea berjalan pada temperatur optimal adalah 185 oC

dengan waktu pemanasan sekitar 30 menit. Jika temperatur turun akan

menyebabkan konversi amonium karbamat menjadi urea akan turun

b. Tekanan

Untuk menghasilkan urea yang optimal, maka diperlukan tekanan

tinggi yaitu 250 kg/cm2 karena konversi amonium karbamat menjadi

urea hanya berlangsung pada fasa cair sehingga tekanan harus

dipertahankan pada keadaan tinggi.

c. Perbandingan NH3 dan CO2

Industri urea di Indonesia pada umumnya mensintesis urea dengan

perbandingan NH3 dan CO2 adalah 3,5-4 mol. Hal ini dikarenakan

perbandingan mol dapat mempengaruhi suhu, tekanan operasi dan

jumlah amonia yang terbentuk.

d. Jumlah air

16

Jumlah air dalam reaktor dapat berpengaruh terhadap reaksi yang

kedua yaitu penguraian amonium karbamat menjadi urea dan air. Jika

terdapat air dalam jumlah yang cukup banyak, maka akan memperkecil

konversi terbentuknya urea dari larutan karbamat.

III. BAHAN BAKU

A. Bahan Baku Utama

Bahan baku utama yang digunakan pada unit produksi amonia berupa gas

alam, udara, dan air. Sedangkan pada unit produksi urea membutuhkan

amonia cair dan karbon dioksida yang dihasilkan dari unit amonia.

1. Gas Alam

Gas alam merupakan campuran dari berbagai senyawa yang berada dalam

fase gas dan didapat dari eksploitasi sumber minyak dan gas bumi. Senyawa

utama yang terdapat pada gas alam terdiri dari 88-96% methana (CH4) dan

sisanya mengandung hidrokarbon berat, gas pengotor dan gas inert .Gas alam

diperoleh dari pertamina , dengan sumber yang berasal dari tiga tempat yaitu

di lepas pantai utara Jawa Barat (Offshore Arco), Laut Parigi di lepas pantai

Cilamaya dan Mundu di Indramayu.

Jumlah gas alam yang diperlukan sebagai bahan baku adalah 36,6 ton/jam.

Masuknya gas alam ke dalam pabrik melalui jalur pipa gas alam antara lain

Cilamaya – Cilegon, yaitu Citarik yang berjarak 7 km dari pabrik.Gas

umumnya masuk pada temperatur 32 °C , tekanan 12 kg/cm2 dan Flow Rate

44,445 Nm3/h .

17

Tabel 3.1 Komposisi masukan gas alam

Komposisi % mol ( rata-rata )

CH4 91,415

C2H6 3,229

C3H8 0,997

C4 + 0,473

CO2 1,638

N2 2,248

Hg 10 ppb ( maksimum )

Sulfur 30 ppm (maksimum ) Sumber : PT Pupuk Kujang IB

2. Udara

Udara merupakan sumber dari gas N2 yang digunakan pada proses sintesa

amonia. Kebutuhan udara untuk memproduksi 1 ton pupuk urea adalah

sebesar 473,04 Nm3/h . Penggunaan udara didalam pabrik dibagi menjadi

dua yaitu sebagai instrument air dan plant air

3. Air

Air merupakan bahan baku steam yang digunakan pada proses steam

reforming. Air baku disuplai dari waduk Curug, Parung Kadali dan Hilir

Bendungan Jatiluhur, dengan menggunakan stasiun pompa air.Untuk

mengatasi kekurangan air, maka dibangun delapan kolam penampung

emergency yang terletak di kawasan sekitar pabrik, yang mampu

menampung air cadangan untuk operasi selama 10-14 hari. Air yang

digunakan untuk proses dibedakan menjadi dua, yaitu: air umpan ketel dan

air pendingin.

18

4. Amonia Cair

Amonia cair yang digunakan pada unit produksi urea berasal dari unit

produksi amonia .Kebutuhan konsumsi amonia yaitu 0,568 ton/ton urea.

Umumnya karakteristik amonia cair yang dikonsumsi yaitu :

a. Kadar ammonia : 99,5% berat minimum

b. Kadar air : 0,5% berat minimum

c. Minyak : 5 ppm (b/b) maksimum

d. Tekanan : 18 kg/cm2 G

e. Temperatur : 25-30 °C

f. Jumlah normal : 40,983 kg/jam

g. Jumlah rancang : 49,18 kg/jam

5. Gas Karbondioksida

Gas CO2 yang diperlukan untuk pembuatan urea diproduksi oleh pabrik

amonia.Adapun karakteristik CO2 antara lain :

a. Kadar CO2 : 98,5% volume minimum

b. Kadar air : jenuh

c. Kadar sulfur : 1 ppm (b/b) maksimum

d. Tekanan : 0,6 kg/cm2

e. Temperatur : 38 °C

f. Jumlah normal : 27,4 kg/jam

g. Jumlah rancang : 32,94 kg/jam

B. Bahan Baku Penunjang

Bahan penunjang yang dibutuhkan oleh PT Pupuk Kujang antara lain: asam

sulfat, soda kaustik, klorin, resin amberjet , antifoam amerel, fosfat. Semua

bahan ini adalah bahan kimia tambahan untuk pembuatan air proses, air umpan

ketel dan kebutuhan penunjang lainnya . Selain itu juga dibutuhkan:

19

1 . aMDea ( Activated Methyldiethanolamine )

Larutan aMDea berfungsi untuk memisahkan CO2 dari campuran gas

sintesis . aMDea tersusun oleh 3 komponen yaitu :

• MDEA ( Methyl Diethanolamine ) berfungsi untuk menyerap CO2

dengan laju reaksi yang kecil .

• Activator berfungsi meningkatkan laju reaksi penyerapan CO2 .

• Air berfungsi sebagai pelarut dan juga sebagai reaktan . Reaksi absorbsi CO2 dengan menggunakan aMDEA adalah sebagai berikut :

a + MDEA + H2O + CO2 MDEAH++HCO3

- ( 3.1 )

2 . Katalis

Katalis yang digunakan oleh PT Pupuk Kujang pada unit produksi amonia

dapat dilihat dalam Tabel 3.2 .

Tabel 3.2 Jenis katalis yang digunakan pada unit amonia

Unit Pemroses

Katalis

Kisaran Volum ( m3 )

Umur katalis yang

diharapkan ( Tahun )

Mercury Guard Chamber Actived Carbon 14,4 5

Hydrogenation Co-Mo 10,2 5

Desulfurization Zinc Oxide 30,0 1

Primary Reforming Ni 18,2 > 5

Secondary Reforming Ni / Al 25,8 > 5

High Temperature Shift Cu / Fe 49 > 5

Low Temperature Shift CuZn&Alumina 59,1 3 - 4

Methanator Ni 19,8 8 - 10

Ammonia Synthesis Iron/prereduced 59,6 8 - 10

Molecular Sieve Zeolite 5,5 3 - 5

Regeneration Dryer Zeolite 0,96 3 - 5

Sumber: PT.Pupuk Kujang IB

IV. SISTEM PROSES

Dalam membuat urea , ada 2 unit produksi yang saling berhubungan , yaitu unit produksi

amonia dan urea , sementara yang lainnya adalah unit utilitas yang bertugas mendukung

proses dengan menyediakan energi dan kondisi pendukung lainnya .

A. Unit Produksi Amonia

Unit produksi amonia merupakan tempat berlangsungnya pembuatan amonia . Unit ini

juga menghasilkan karbondioksida dan hidrogen. Kapasitas produksi desain sebesar

1000 ton amonia/hari . Pabrik amonia menggunakan proses hemat energi yang

dilisensi oleh Kellog Brown & Root , Inc . Unit ini dibagi menjadi delapan unit, yaitu:

1. Unit Pemurnian Gas Alam

Gas alam yang dipakai oleh PT. Pupuk Kujang berasal dari tiga sumber yaitu dari

Arco, L.Parigi di lepas pantai Cilamaya dan Mundu di Indramayu. Sebelum

digunakan di unit pembuatan gas sintesa maka gas alam terlebih dahulu dimurnikan

dalam tiga tahap, yaitu:

a. Pemisahan debu dan fraksi berat

Gas alam diumpankan ke pabrik amonia dengan tekanan 12 kg/cm2 , Temperatur

32○C dan laju alir 36,6 ton/jam.Gas alam ini akan masuk ke knock out drum (A-

144-F) dengan tujuan agar debu, partikel-partikel halus, tetes-tetes cairan seperti

hidrokarbon dan air yang terkandung dalam gas alam dapat terpisah . Gas alam

akan menumbuk dinding drum , kemudian fraksi-fraksi berat jatuh kebawah

secara otomatis dan dikirim ke burning pit untuk dibakar. Umpan gas kemudian

21

mengalir masuk ke mercury guard chamber (A-102-D) untuk dihilangkan

kandungan merkurinya.

b. Penghilangan Mercury

Merkury yang terdapat dalam gas alam harus dihilangkan karena dapat meracuni

katalis. Di dalam A-102-D terjadi proses dimana merkuri diserap oleh karbon

aktif yang selanjutnya bereaksi dengan sulfur.Kondisi operasi yaitu 10,9 kg/cm2

dan 32oC.Reaksi yang terjadi di dalam mercury guard chamber (A-102-D) yaitu:

Hg(s) + S(s) HgS(s) (4.1)

Tekanan gas alam dari mercury guard chamber belum cukup tinggi untuk

mengalirkan gas ke alat-alat berikutnya sehingga harus dinaikkan dari 10,9

kg/cm2 menjadi 44,7 kg/cm2 dalam feed gas compressor (A-102-J) dengan

bantuan turbin steam yang digerakkan oleh medium pressure steam .Sebagian gas

alam yang keluar dari kompresor dialirkan ke feed gas compressor kick back

cooler (A-133-C) untuk didinginkan lalu dimasukkan ke A-144-F dan

dikembalikan lagi ke kompresor. Hal tersebut dilakukan untuk mencegah

kekurangan gas di kompressor yang dapat menyebabkan rusaknya kompressor

karena kekurangan beban. Gas yang keluar selanjutnya dipanaskan di bagian

konveksi primary reformer .

c. Penghilangan sulfur ( Desulfurisasi )

Proses desulfurisasi dilakukan dalam dua tahapan.Pertama di hydrotreater ( A-

108-D ) , dimana senyawa sulfur dihidrogenasi menjadi hidrogen sulfida pada bed

katalis Cobalt/Molybdenum (CoMo) sebanyak 10,2 m3. Reaksi yang terjadi di

hydrotreater adalah:

RSH(g) + H2(g) RH(g) + H2S(g) (4.2)

COS(g) + H2(g) CO(g) + H2S(g) (4.3)

Pada tahap kedua , gas keluaran hydrotreater kemudian dimasukkan ke dalam

desulfurizer ( A- 108 DA,DB ) yang berisi katalis ZnO masing-masing sebanyak

30 m3 untuk penghilangan hidrogen sulfida .

22

Reaksi yang terjadi adalah :

H2S(g) + ZnO(s) ZnS(s) + H2O(g) (4.4)

Kondisi operasi adalah sekitar 360-371 oC dan tekanan 44 kg/cm2.Katalis zync

mengikat sulfur dalam bed , sehingga kandungan sulfur berkurang dari 30 ppmv

menjadi 0,1 ppmv . Hal ini akan mencegah keracunan katalis pada saat reforming

dan low temperature shift converter .

2.Unit Pembuatan Gas Sintesis

Unit ini bertugas membuat gas sintesa, yaitu H2 dan N2 dengan perbandingan mol

3:1 sebagai umpan ammonia converter . Mula-mula gas alam akan mengalami

proses reformasi menjadi CO, CO2, dan H2 di kemudian gas CO dikonversi menjadi

CO2 di shift converter .

a. Primary Reformer

Reaksi yang terjadi di primary reformer (A-101-B) adalah reaksi pembentukan

hidrogen dari senyawa hidrokarbon dan steam. Gas alam yang keluar dari

desulfurizer dicampur dengan steam dan dipanaskan di bagian konveksi primary

reformer. Gas alam yang masuk ke primary reformer diatur supaya perbandingan

mol S : C = 3,2 : 1, karena jika steam kurang akan terjadi reaksi samping sebagai

berikut:

CH4(g) C(s) + 2H2(g) ∆H = +31,2 kkal/mol (4.5)

2CO(g) C(s) + CO2(g) ∆H = -23 kkal/mol (4.6)

Gas kemudian dimasukkan dalam tube-tube katalis di unit radiant. Reaksi yang

terjadi sebagai berikut:

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) ∆H = 49,3 kkal/mol (4.7)


Reaksi keseluruhan adalah endotermis. Panas yang dibutuhkan disediakan oleh

panas pembakaran gas alam di luar tube. Reaksi pembakaran dapat dituliskan

sebagai berikut:

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + H2O(g) ∆H = -191,7 kkal/mol (4.9 )

2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) ∆H = -57,58 kkal/mol (4.10)

23

Gas yang bereaksi dalam tube akan mengalami peningkatan suhu dari 510oC

menjadi 799oC dengan tekanan di keluaran tube katalis adalah 36,2 kg/cm2. Gas

akan keluar melalui bagian bawah tube dan disatukan dalam sebuah pipa besar

untuk masing-masing baris yang disebut riser. Dari riser, gas dikirim ke

secondary reformer (A-103-D) melalui suatu pipa besar yang disebut primary

reformer effluent transfer line . Untuk melindungi transfer line dipasang jaket

water sebagai pendingin . Keluaran dari primary reformer mengandung sekitar

66 % hidrogen dan 13,4 % volum metana . Gas hasil pembakaran yang suhunya

semakin tinggi dihisap oleh induced draft fan melalui unit konveksi untuk

dimanfaatkan panasnya . Dari unit konveksi, fuel gas dibuang ke udara melalui

suatu cerobong reformer stack (A-101-B1).

b. Secondary Reformer

Tugas secondary reformer adalah untuk melanjutkan reaksi reforming. Reaksi

yang terjadi sama dengan reaksi yang terjadi di primary reformer, tetapi panas

yang diperlukan diperoleh dari pembakaran langsung dengan udara di dalam

reaktor . Gas dan campuran udara masuk ke secondary reformer secara terpisah

dari bagian atas yang disebut mixing zone atau combustion zone dan bagian bawah

disebut reaction zone.

Gas dan udara dicampur dalam mixing zone, dengan reaksi pembakaran yang

terjadi sebagai berikut:

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + H2O(g) ∆H = 191,7 kkal/mol (4.11)

H2(g) + O2(g) 2H2O(g) ∆H = 57,8 kkal/mol (4.12)

Jumlah udara yang masuk diatur berdasarkan kebutuhan nitrogen untuk sintesis

amonia ,sehingga gas H2 dan N2 yang keluar mempunyai perbandingan mol yang

sesuai sebagai umpan amonia converter yaitu 3:1.Panas pembakaran ini

digunakan untuk reaksi reforming di bed katalis nikel . Kadar CH4 dalam gas

keluaran secondary reformer berkurang hingga 0,42 % volum , dengan suhu

keluaran sekitar 990 oC .

Keluaran dari secondary reformer akan mengalir ke secondary reformer waste

heat boiler ( A-101-C ) dimana akan terjadi sirkulasi untuk menghasilkan high

24

pressure steam . Kemudian gas tersebut mengalir ke HP steam superheater (A-

102-C ).Hal ini dilakukan untuk mempertahankan suhu sebesar 371oC sebagai

umpan di HTS converter ( A-104-D1 ) .

c. Proses konversi menjadi CO2 ( Shift Converter A-104-D1 , D2 )

Untuk memproduksi urea, dibutuhkan bahan baku amonia dan karbon dioksida,

karena itu gas CO yang ada perlu dikonversi menjadi CO2 . Konversi CO menjadi

CO2 terjadi di shift converter 104-D. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:


reaksi ini eksotermis, sehingga konversi ke kanan yang mengkonversi gas CO

menjadi CO2 bertambah konversinya apabila temperatur diturunkan. Sebaliknya

jika temperatur dinaikkan konversi akan berkurang, oleh sebab itu shift converter

terdiri dari dua bagian, yaitu high temperature shift converter ( A-104-D1) dan

low temperature shift converter ( A-104-D2 ) .

high temperature shift converter (HTS) berfungsi untuk meningkatkan laju reaksi

dengan menggunakan katalis Fe-Cu .Gas keluar pada suhu 434oC dengan

kandungan CO sekitar 3,4 % volum . Sebelum masuk ke LTS gas proses akan

didinginkan hingga 209oC di HTS effluent steam generator (A-103-C1,C2) .

Low temperature shift converter (LTS) berfungsi untuk meningkatkan konversi

reaksi pembentukan CO2 dengan katalis Cu/Zn . Gas akan keluar dari LTS pada

suhu 231oC dengan kandungan CO sekitar 0,3 % kemudian dikirim ke unit

pemurnian gas sintesis.

3.Unit Pemurnian Gas Sintesis

Unit ini bertugas menyiapkan bahan baku ammonia converter , yang berupa gas N2

dan H2. Karena itu gas–gas yang lain harus dipisahkan terlebih dahulu. Gas CO2

dibutuhkan sebagai bahan baku pembuatan urea, sehingga gas ini diambil dengan

cara diserap dengan larutan penyerap di dalam CO2 absorber, kemudian di

stripping untuk memperoleh gas CO2 yang siap untuk diumpankan ke dalam

reaktor sintesis urea di dalam CO2 stripper. Keberadaan CO dan CO2 di ammonia

converter dapat merusak katalis, oleh sebab itu CO dan CO2 sisa harus diubah

25

kembali menjadi CH4 sebagai inert agar tidak merusak katalis. Proses perubahan

CO dan CO2 menjadi CH4 disebut proses methanasi, proses metanasi terjadi di unit

methanator.

a. CO2 Absorber (A-101- E) dan CO2 Stripper (A-102-E)

Gas yang keluar dari LTS dimasukkan melalui CO2 absorber ( A-101-E )

dengan menggunakan sparger dibagian menara . Kondisi absorbsi adalah 47oC

hingga 80oC dan tekanan sekitar 32,2 kg/cm2 . Sistem pengambilan CO2

menggunakan aMDea ( activated methyldiethanolamine ) dengan konsentrasi

40 % berat, sistem ini dirancang untuk mengurangi kandungan CO2 dalam gas

dari sekitar 18% volum hingga 600 ppmv . Gas yang keluar dari bagian atas

absorber masuk ke CO2 absorber overhead KO drum ( A-102-F2 ) untuk

memisahkan cairan yang terbawa . Kelebihan gas sintesis dari A-102-F2 dikirim

ke fuel gas preheater ( A-101-BCFU ). Pada absorbsi CO2, mula-mula gas CO2

bereaksi dengan H2O .

Reaksi absorbsi CO2 dengan menggunakan aMDEA adalah sebagai berikut :

a + MDEA + H2O(l) + CO2(g) MDEAH+ + HCO3- ( 4.14 )

Rich solution dari absorber bagian bawah dialirkan melalui hydraulic turbine (A-

107-JAHT ) kemudian larutan tersebut masuk ke stripper ( A-102-E ) untuk

melepaskan CO2 yang terkandung didalamnya .

CO2 stripper dirancang menjadi tiga bagian , yaitu : contact cooler section pada

bagian atas , low pressure flash section pada bagian tengah dan stripper section

di bagian bawah .

Rich solution dari hydraulic turbine masuk ke LP flash section dimana akan

terjadi flashing CO2 akibat adanya penurunan tekanan . Semi lean solution

pump ( A-108-J ) kemudian akan memompa larutan tersebut dari bawah LP

flash section melalui lean/semi lean solution exchanger ( A-112-C ) ke bagian

atas stripper section . Exchanger berfungsi untuk me-recover panas dari lean

solution yang meninggalkan stripper section . Larutan yang meninggalkan

stripper section kemudian akan dipanaskan hingga 124oC di CO2 stripper

26

reboiler ( A-105-C ) dan dengan uap bertekanan rendah di CO2 stripper steam

reboiler ( A-111-C ) .

CO2 dan steam dari LP flash section didinginkan menjadi 38oC di contact cooler

section . Pendinginan ini disempurnakan dengan dikontakkan dengan condensed

water yang dialirkan melalui CO2 stripper quench cooler ( A-107-C ) oleh CO2 -

stripper quench pump ( A-116-J/JA ) . CO2 yang diperoleh memiliki kemurnian

minimal 99 % volum dan kemudian dikirim ke pabrik urea .

Reaksi yang terjadi adalah kebalikan dari absorbsi CO2 yaitu :

MDEAH+ + HCO3

- a + MDEA + H2O(l) + CO2(g) ( 4.15 )

Lean solution dari A-102-E didinginkan di A-112-C . Larutan kemudian

didinginkan oleh air pendingin dalam lean solution cooler ( A-110-C ) dan di

lean solution BFW exchanger ( A-109-C ) . Setelah pendinginan lean solution

dikirim ke bagian atas absorber oleh lean solution pump ( A-107-JA , JB , JC ) .

Senyawa antifoam disediakan oleh antifoam injection unit ( A-109-L ) yang

diinjeksikan ke A-107-J dan rich solution inlet A-102-E sebanyak 60 ml / 8 jam

shift kerja .

b. Pembentukan metana ( Methanator)

Gas keluaran metanator dibatasi kadar CO dan CO2 maksimum 5 ppmv . Reaksi

yang terjadi adalah kebalikan dari shift converter dan reforming , reaksi dapat

dituliskan sebagai berikut:

CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) ( 4.16 )

CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g) ( 4.17 )

Gas proses dari CO2 absorber overhead knock out drum (A-102-F2) dengan

suhu 47oC akan dipanaskan di methanator feed/effluent exchanger (A-114-C)

hingga temperatur 310oC dan di methanator preheater (A-172-C1) hingga 316oC.

Untuk aliran bypass dipasang methanator effluent cooler (A-115-C1,C2) sebagai

kontrol temperatur . Gas kemudian melewati methanator (A-106-D) yang berisi

katalis nikel sebanyak 19,8 m3 , reaksi akan berlangsung eksotermis dengan

kondisi temperatur operasi reaktor 316-345 oC . Keluaran metanator akan

27

didinginkan di A-114-C hingga 82 oC dan dengan air pendingin di A-115-

C1,C2 hingga 38oC . Air yang terkondensasi dipisahkan di syn gas compressor

suction drum (A-104-F) kemudian sejumlah kecil gas sintesis akan direcycle ke

feed gas compressor (A-102-J) sebagai penyedia hidrogen untuk desulfurisasi .

4. Unit Sintesa Amonia

Make up gas sintesis dari A-104-F memiliki tekanan 30,5 kg/cm2 dan suhu 345oC.

Tekanan ini belum cukup tinggi untuk reaksi di ammonia converter, sehingga gas

umpan ammonia converter dinaikkan terlebih dahulu menjadi 360-500oC dan

tekanan 144,6 kg/cm2 dalam synthesis compressor (A-103-J) , yang terbagi menjadi

low pressure (LP) case dan high pressure (HP) case compressor . Gas sintesis

keluar LP case compressor didinginkan dahulu dalam synthesis gas compressor

intercooler ( A-116-C ) hingga 38oC, serta synthesis gas compressor interstage

chiller ( A-129-C ) hingga 4,3 o C . Kondensat yang terbentuk dipisahkan dalam

synthesis gas compressor first stage separator ( A-105-F ),kemudian kondensat

dikirim ke synthesis gas compressor suction drum ( A-104-F ) . Gas sintesis dari A-

105-F akan mengalir ke sistem pengeringan . Kemudian gas kering dari separator

dikompresi ke HP case compressor bersama-sama dengan recycle gas dari ammonia

separator ( A-106-F), dan keluar dari kompresor tekanannya sekitar 144,6 kg/cm2

dan suhu 55oC . Pada HP case compressor dipasang synthesis gas compressor

kickback cooler (A-134-C) untuk menyediakan kemampuan turndown dan

mencegah terjadinya surging .

Sistem pengeringan oleh molecular sieve digunakan untuk menghilangkan air dan

sejumlah CO2 sehingga mencegah keracunan katalis pada converter . Pada sistem

ini terdapat 3 macam dryer yaitu : molecular sieve dryer ( A-109-DA,DB ) untuk

mengurangi kandungan uap air pada gas dari A-105-F hingga kurang dari 0,5 ppmv

dan CO2 di bawah 1 ppmv , molecular sieve regeneration gas dryer ( A-111-D )

untuk mengurangi kandungan uap air hydrogen-lean off gas dari hydrogen recovery

unit yang berguna sebagai regenerasi dryer dan molecular sieve regeneration heater

28

(A-173-C) untuk memanasi gas regenerasi dengan high pressure steam hingga

288oC .

Amonia disintesis dari reaksi antara hidrogen dan nitrogen sebagai berikut :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ( 4.18 )

Reaksi ini eksotermis dan dibatasi kesetimbangan kimia , terjadi di bed katalis iron

ammonia synthesis converter ( A-105-D ) pada tekanan sekitar 141 kg/cm2 dan

360-500oC . Kandungan amonia di dalam gas keluaran reaktor dirancang sebesar

16,3 % volum . Sebelum mengalir ke A-105-D gas sintesis dan gas recycle dari A-

103-J dipanaskan dahulu di ammonia converter feed / effluent exchanger (A-121-C)

hingga 238 oC .

Ammonia converter menggunakan desain KBR’s dengan dua bed

horizontal.Converter memiliki removable basket yang berisi kompartemen katalis

dan built-in heat exchanger . Pola aliran gas di converter disusun sedemikian rupa

agar semua gas sintesis melalui semua katalis sehingga menghasilkan konversi

overall maksimum .

Umpan converter mengalir melalui anulus di dalam bagian luar shell converter yang

menyebabkan shell relatif dingin . Gas kemudian mengalir melalui bagian shell

ammonia converter interchanger (A-122-C) untuk memanaskan umpan ke bed

katalis pertama berlawanan arah dengan keluaran dari bed itu . Keluaran gas

kemudian mengalir melewati bed katalis pertama , melewati tube A-122-C dan

melewati bed katalis kedua yang terdiri dari dua kompartemen untuk mencapai gas

velocity yang sesuai . Aliran yang melalui tiap-tiap bed katalis ini yaitu secara

downward .

Bypass di ammonia converter feed/effluent exchanger (A-121-C) menyediakan

pengurangan temperatur untuk umpan converter , sedangkan bypass ammonia

converter effluent steam generator (A-123-C) untuk meningkatkan temperatur

umpan converter . Secara bersamaan ketiga bypass dari A-121-C , A-122-C dan A-

123-C menyediakan kontrol temperatur masukan pada tiap bed katalis untuk

menghasilkan produksi maksimum amonia .

29

5. Unit Purifikasi dan Refrigerasi Amonia

Effluent dari synthesis converter akan didinginkan di A-123-C hingga temperatur

261oC , di A-121-C hingga 72oC kemudian amonia ini mulai terkondensasi di

ammonia converter effluent cooler (A-124-C) hingga temperatur 38oC. Pendinginan

dan kondensasi amonia terakhir terjadi di ammonia unitized chiller (A-120-C) .

Heat exchanger ini dirancang khusus disediakan untuk mendinginkan converter

effluent dengan pendinginan amonia pada empat level suhu dan tekanan di

refrigerant flash drums yaitu : A-120-CF4 ( 16,6 oC dan tekanan 6,8 kg/cm2 ) , A-

120-CF3 (-2,2 oC dan tekanan 3 kg/cm2 ) , A-120-CF2 (-17,8 oC dan tekanan 1,1

kg/cm2 ) , dan A-120-CF1 (-33,3 oC dan tekanan 0 kg/cm2 ) . Amonia yang

terkondensasi dipisahkan dari gas recycle di ammonia separator (A-106-F) . Gas

recycle ini akan menjadi cold fluid pada exchanger yang mengalami pemanasan

kembali di A-120-C dan kemudian dikirimkan ke A-103-J . Sedangkan amonia cair

dari A-106-F mengalami flashing di ammonia letdown drum (A-107-F) . Uap yang

ter-flashing , yang masih banyak mengandung gas sintesis terlarut dikirimkan ke

unit ammonia recovery .

6. Unit Ammonia Recovery

Purged gas bertekanan tinggi dari synthesis loop dikirim ke HP ammonia scrubber

(A-104-E) sedangkan uap dari A-107-F dan A-109-F dikirim ke LP ammonia

scrubber ( A-103-E) untuk menyerap amonia . Kemudian amonia akan di recovery

di ammonia stripper ( A-105-E ) . Overhead gas dari HP scrubber dikirim ke

hydrogen recovery unit sedangkan overhead gas dari LP scrubber dikirim ke fuel

gas .

30

7. Unit Hydrogen dan Purge Gas Recovery

Gas dari bagian atas HP ammonia scrubber dengan kandungan amonia dalam gas

sekitar 20 ppmv dikirim ke hydrogen recovery unit A-103-L . Hidrogen dan

sebagian kecil nitrogen dilewatkan melalui membran dan di-recycle ke synthesis

loop . Disini akan dihasilkan dua stream gas recovery yaitu stream bertekanan

tinggi yang dialirkan ke second stage syngas compressor dan stream bertekanan

rendah yang dialirkan ke first stage syngas compressor.Gas yang tidak dapat

melewati membran ( reject gas ) seperti metana dan argon purging dari amonia

synthesis loop dan nitrogen akan dikeringkan di A-111-D lalu digunakan untuk

regenerasi dari pengering gas sintesis kemudian gas akan dikirim ke fuel gas

system.

8. Unit Process Condensate Stripping

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

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

stripper ( A-150-E ) . Kondensat akan distripping dengan medium pressure steam .

Stripping tersebut akan menghilangkan kotoran-kotoran yang ada dalam kondensat ,

Sebagai berikut :

• Amonia dari sekitar 1500 ppmv menjadi di bawah 10 ppmv .

• CO2 dari sekitar 4000 ppmv menjadi kurang dari 10 ppmv .

• Metanol dari sekitar 1900 ppmv menjadi kurang dari 20 ppmv .

Stripper dilengkapi dengan condensate stripper feed/effluent exchanger (A-188-

C1,C2,C3 ) . Lebih lanjut kondensat yang sudah distripping didinginkan di stripper

condensate cooler (A-174-C) hingga temperatur 41oC . Kondesat dingin kemudian

dikirim ke boiler feed water preparation . Steam yang meninggalkan stripper

digunakan sebagai steam proses di primary reformer . Hal ini mengeliminasi

sumber dari polusi udara dari unit amonia .

31

B. Unit Produksi Urea

Pabrik urea Kujang IB didesain untuk memproduksi urea dengan kapasitas terpasang

1725 ton per hari dengan menggunakan proses ACES 21 . Proses pembuatan urea

terdiri dari 6 unit, yaitu:

1. Unit Synthesis Loop

Unit sintesis ini menghasilkan urea dengan cara mereaksikan amonia cair dan gas

CO2 menjadi amonium karbamat , selanjutnya larutan karbamat ini dikonversikan

menjadi urea.Peristiwa tersebut terjadi di dalam reaktor urea pada tekanan dan

temperatur tinggi, yaitu pada tekanan 155 kg/cm2 dan temperatur 182oC. Reaksi yang

terjadi dalam reaktor sintesis urea adalah sebagai berikut :

2NH3(g) + CO2(g) NH2COONH4(l) ∆H = +38 kkal/mol (4.19)

NH2COONH4(l) NH2CONH2(l) + H2O(l) ∆H = -7,7 kkal/mol (4.20)

Umpan gas CO2 yang akan memasuki unit sintesis hanya boleh mengandung

sejumlah kecil hidrogen ( maksimum 0,8 % volum ) , sehingga hidrogen perlu

dihilangkan terlebih dahulu di dalam dehydrogen column (U-DC 151) dimana terjadi

reaksi pembakaran dengan bantuan katalisator platinum . Kemudian umpan CO2

dengan tekanan minimum 0,8 kg/cm2 dan temperatur maksimum 38°C dikompresi

hingga 160 kg/cm2 dan diberikan udara anti korosi dalam CO2 compressor (U-GB

101) sehingga kandungan O2 dalam CO2 antara 0,45-0,55 % volum . Sebagian besar

gas CO2 kemudian diumpankan ke stripper (U–DA 101) untuk tujuan stripping CO2 .

Sisanya diumpankan ke Reaktor (U-DC 101) dan LP decomposer (U-DA 202) .

Amonia cair dengan kondisi 18 kg/cm2 dan 30°C diperoleh dari ammonia reservoir

(U-FA 104) kemudian di-boost up oleh ammonia boost-up pump (U-GA 103 ) .

Sebelum masuk ke dalam reaktor , amonia akan melewati ammonia preheater ( U-EA

102 dan U-EA 103 ) untuk dipanaskan sampai 148°C dan juga melewati HP

carbamate ejector ( U-EE 101 ).

32

Reaktor (U-DC 101) dioperasikan pada 155 kg/cm2 dan 182°C . Ketika konversi

maksimum sudah mencapai 63% yaitu pada saat molar ratio NH3/CO2 3,7 , maka

larutan urea síntesis yang terbentuk di reaktor siap untuk dimasukkan ke stripper (U-

DA 101). Larutan urea sintesis dari Reaktor (U-DC 101) dipanaskan di falling film

heater . Sebagian besar ammonium carbamate dan excess NH3 yang terkandung

didalam larutan urea sintesis didekomposisi dan dipisahkan oleh stripper (U-DA 101)

dengan kondisi operasi 155 kg/cm2 dan 171°C . Gas yang sudah terpisahkan akan

dikirim ke carbamate condenser (U-EA 101). Sedangkan larutan urea yang

mengandung sekitar 12-13 % berat NH3 dan CO2 dikirim ke unit purification .

Carbamate condenser ( U-EA 101 ) terdiri dari bagian kondensasi dan bagian top

scrubbing . Bagian kondensasi mempunyai vertical U-tube bundle , 8 baffle plate dan

beroperasi pada 155 kg/cm2 dan 180°C . Gas NH3 dan CO2 dari stripper (U-DA 101)

akan masuk melalui bagian bawah dan terkondensasi membentuk ammonium

carbamate dan urea di sisi shell sedangkan di sisi tube BFW ( boiling feed water )

disirkulasikan oleh steam condensate circulation pump (U-GA 109).Panas kondensasi

yang terbentuk digunakan untuk membangkitkan steam 5 kg/cm2 di tube.

Pada bagian top scrubbing dipasang packed bed untuk menyerap gas NH3 dan CO2

yang tidak terkondensasi dengan menggunakan larutan recycle carbamate dari unit

recovery yang dipompakan oleh carbamate feed pump ( U-GA 102) masuk ke bagian

atas carbamate condenser ( U-EA 101 ) . Larutan karbamat dari bagian top scrubbing

dimasukkan ke bagian bawah bagian kondensasi lewat pipa internal down-flow

dengan gravitasi .

Gas keluaran dari bagian atas carbamate condenser ( U-EA 101 ) diumpankan ke HP

absorber ( U-EA 401 ) untuk recovery kembali NH3 dan CO2 yang masih lolos dan

sebagian lagi dikirim ke HP decomposer ( U-DA 201) untuk mengambil oksigen

sebagai agen pasifasi . Larutan urea – carbamate yang terbentuk mengalir ke atas di

sisi shell , kemudian ditarik keluar dari corong overflow untuk diumpankan kembali

ke reaktor ( U-DC 101) melalui HP carbamate ejector ( U-EE 101 ) .

33

2. Unit Purification

Pada unit purifikasi larutan dari unit sintesis yang terdiri dari urea, biuret, larutan

karbamat, air dan excess NH3 akan didekomposisi dan dipisahkan dari urea dengan

pengurangan tekanan dan pemanasan untuk memisahkan larutan karbamat dan

amonia berlebih yang terkandung didalam larutan urea sintesis . Larutan urea

dimurnikan sampai konsentrasi sekitar 67 % berat dengan sisa NH3 sekitar 0,5 %

berat dan kemudian dikirimkan ke seksi konsentrasi. Reaksi dekomposisi larutan

karbamat adalah sebagai berikut :

NH2COONH4 (Ammonium carbamate)(l) → CO2(g) + 2NH3(g) (4.21)

Selama dekomposisi , hidrolisa urea menjadi faktor yang penting karena hidrolisa

mengkonsumsi urea yang merupakan produk yang diinginkan . Proses hidrolisa

terjadi pada temperatur tinggi, tekanan rendah dan waktu tinggal yang lama seperti

ditunjukkan oleh reaksi berikut :

NH2CONH2 (Urea)(l) + H2O(l) → CO2(g) + 2NH3(g) (4.22 )

Laju pembentukan biuret perlu diperhatikan karena pada konsentrasi NH3 yang

rendah dan temperatur diatas 90 0C akan berlangsung sangat cepat. Akan tetapi

excess NH3 dari unit sintesis turut membantu untuk menjaga kandungan biuret yang

rendah . Reaksi pembentukan biuret adalah seperti dibawah ini :

2NH2CONH2 (Urea)(l) → NH2CONHCONH2 (Biuret) (l) + NH3(g) (4.23)

Oleh karena pengaruh reaksi hidrolisa dan pembentukan biuret yang tidak

diinginkan , maka peralatan dan kondisi operasi di unit purifikasi dipilih secara hati-

hati . Sehingga pada unit ini digunakan alat-alat dengan kondisi operasi yang

berlainan untuk meminimalkan efek tersebut sehingga didapatkan hasil urea

yang maksimal .

Unit purifikasi dimulai dengan memasukkan larutan urea sintesis dari bagian bawah

stripper (U-DA 101) ke HP decomposer (U-DA 201) yang beroperasi pada 152ºC

dengan sebelumnya tekanan diturunkan hingga mencapai 16,5 kg/cm2. Keluaran

gas dari HPD dikirimkan ke HP absorber (U-EA 401A,B). Setelah sebagian besar

34

larutan karbamat dipisahkan di HPD kemudian larutan urea diumpankan ke LP

Decomposer (U-DA 202) dimana larutan dimurnikan lebih lanjut sampai

kandungan NH3 sisa 0,8 % dan CO2 0,4 % berat .

LP decomposer (U-DA 202) terdiri dari dua bagian . Bagian atas adalah tangki

yang dilengkapi sieve tray . Gas yang dipisahkan dari larutan urea bertukar panas

dengan larutan urea yang turun melewati sieve trays, sehingga meminimalkan

penguapan air dan mengurangi panas yang masuk ke LPD . Bagian bawah adalah

kolom packed bed dimana sisa NH3 di-stripping keluar dari larutan urea dengan gas

CO2 yang diumpankan secara langsung ke bagian bawah LPD langsung dari CO2

Compressor (U-GB 101) . Gas keluaran dari LPD dikirimkan ke LP absorber ( U -

EA 402) sedangkan larutan urea di bagian bawah dikirimkan ke flash separator ( U

-FA 205) dimana sisa NH3 dan CO2 dipisahkan lebih lanjut dengan vacuum

flashing .

3. Unit Concentration

Larutan urea dari seksi Purifikasi mula-mula dimasukkan ke vacuum concentrator

lower (U-FA 202B) yang dioperasikan pada tekanan vakum 150 mmHg dan pada

temperatur 77°C untuk mendapatkan konsentrasi urea sekitar 84 % berat . Panas

yang ditambahkan untuk menguapkan air diambil dari panas unit recovery di HP

absorber lower (U-EA 401B) sehingga akan menaikkan konsentrasi urea dengan

menjaga temperatur tetap constan . Tekanan sistem dijaga vakum untuk membantu

penguapan air pada temperatur rendah .

Kemudian larutan urea dipanaskan sampai 132°C , dibawah kondisi vakum 150

mmHg , dengan steam tekanan rendah untuk mencapai konsentrasi urea 97,5 wt %

di outlet vacuum concentrator upper (U-FA 202A). Jika tekanan naik lebih dari 300

mmHg air akan sedikit yang teruapkan sehingga konsentrasi menjadi kecil dan

menyebabkan overload pada final concentrator (U-EA 202) sedangkan jika tekanan

rendah air akan banyak yang teruapkan sehingga konsentrasi terlalu tinggi dan

menyebabkan sumbatan kristal pada saluran-saluran .Temperatur operasi normal

35

adalah antara 130 - 135°C. Jika temperatur terlalu rendah karena tekanan steam

rendah atau terlalu banyak larutan urea yang melewati heater (U-EA 201)

menyebabkan penguapan air tidak mencukupi dan apabila temperatur terlalu tinggi

(lebih dari 135°C) akan meningkatkan kandungan biuret .

Di stage terakhir dari unit ini, larutan urea pekat dikirimkan ke final concentrator

(U-EA 202) dan dipanaskan sampai 138°C dengan steam tekanan rendah . Tekanan

operasinya harus berada dibawah 30 mmHg apabila tekanan vakum lebih tinggi dari

30 mmHg penguapan air akan berkurang dan menyebabkan tingginya kandungan

moisture pada lelehan urea .Temperatur operasi normal adalah 138 - 140 °C ,

apabila temperatur terlalu rendah pengkristalan urea akan terjadi terutama mulai

pada titik solidifikasi urea yaitu 132,6 °C dan menyebabkan kebuntuan di saluran

molten urea dan apabila temperatur terlalu tinggi kenaikan kandungan biuret akan

bertambah besar . Kemudian Larutan dipekatkan sampai konsentrasi urea 99,8 %

berat dibawah kondisi vakum 25 mmHg di final separator (U-FA 203), kemudian

dipompakan ke top prilling tower dengan molten urea pump (U-GA 204) sedangkan

uap diolah di unit process condensate treatment .

4 . Unit Prilling

Prilling tower (U-IA 301) memiliki tinggi jatuh bebas sekitar 50 meter dan

diameter dalam 14,5 meter. Lelehan urea pekat 99,8 % berat dari unit konsentrasi

di-spray, didinginkan dan dipadatkan di prilling tower untuk memproduksi butiran

urea ( urea prill ) . Untuk menjaga pembentukan biuret seminimum mungkin,

sistem didesain dan dioperasikan pada temperatur lelehan urea sedikit diatas

melting point urea yaitu 132,7oC dan menjaga waktu tinggal sesingkat mungkin.

Lelehan urea turun di prilling tower sebagai droplets setelah melewati strainer (U-

FD 301) dan head tank (U-FA 301) di bagian atas menara . Lelehan urea dari head

tank (U-FA 301) kemudian didistribusikan secara merata ke distributor (U-FJ 301).

Udara dingin dihisap melewati intake di bagian bawah menara dan diisap naik ke

36

dalam menara oleh empat induced fans (U-GB 301,A-D) di bagian atas menara .

Selama menuruni menara , droplets urea dari distributor (U-FJ 301) akan

mengalami kontak dengan udara dingin yang naik , kemudian didinginkan dan

dipadatkan hingga membentuk urea prill .

Urea prill dikumpulkan dan didinginkan di fluidizing cooler (U-FD 302) pada

bagian bawah menara , kemudian masuk ke trommel (U-FD 303) untuk

memisahkan urea prill yang oversize dari produk . Urea oversize ini dilarutkan

dengan larutan dari dust chamber (U-FC 301) di dissolving tank (U-FA 302).Urea

prill yang diproduksi kemudian dikirim ke belt scale (U-JF301) untuk dibawa ke

unit pengantongan .

Udara yang mengandung debu urea diolah di sistem dust recovery yang diletakkan

di bagian atas menara untuk pengaturan polusi . Circulation pump for dust recovery

(U-GA 301A,B) mensirkulasikan larutan urea dari dust chamber (U-FC 301) ke

packed bed for dust recovery (U-FD 304) . Spray nozzle dan packed bed dipasang

untuk scrubbing udara . Uap air dari seksi scrubbing dikurangi oleh demister for

prilling tower (U-FD 305) sedangkan udara dibuang ke atmosfir oleh induced fan

for prilling tower (U-GB 301A-D) . Emisi debu urea di keluaran menara dijaga

sekitar 30 mg/Nm3 untuk menjaga polusi di udara . Larutan urea yang akan

direcover direcycle ke urea solution tank (U-FA 201) dengan konsentrasi

dipertahankan sekitar 20 % berat dengan mengatur jumlah umpan air. Pipa over-

flow ke dissolving tank (U-FA 302) lewat urea drainage tank (U-FA 307) dipasang

untuk mempertahankan level larutan di dust chamber (U-FC 301) .

5 . Unit Recovery

Gas NH3 dan CO2 yang dipisahkan di unit Purifikasi diserap dan direcover di dua

tingkat absorber, yaitu HP absorber (U-EA 401A-B) dan LP absorber (U-EA 402),

yang menggunakan kondensat proses sebagai absorben, sebelum direcycle ke unit

sintesis . Keluaran gas dari LPD di unit purifikasi dikirim ke LP absorber, yang

beroperasi pada 2,4 kg/cm² dan 45°C . Sedangkan keluaran gas dari HPD dikirim

37

ke HP absorber (U-EA 401A-B) dengan kondisi operasi di HP absorber lower yaitu

bertekanan 15,8 kg/cm² dan 106°C dan 71°C di HP absorber upper . Kemudian gas

dikondensasikan dan diabsorbsi lebih sempurna di washing column (U-DA 401)

dengan larutan yang datang dari LPA dan process condensate tank (U-FA

501).Panas yang terbentuk dari proses absorpsi di HPA lower ( U-EA 401B )

direcover di vacuum concentrator lower ( U-FA 202B ) sebagai sumber panas

pemekatan konsentrasi .

6. Unit Condensate Treatment

Air , larutan urea , gas NH3 dan CO2 yang diuapkan selama proses pemekatan

larutan urea di unit konsentrasi dikondensasikan oleh surface condensers (U-EA

501-503) di sistem pembentukan vakum menjadi kondensat proses . Kondensat

proses kemudian dikirim ke process condensate stripper (U-DA 501) dan urea

hydrolyzer (U-DA 502) untuk diolah . Kondensat (kondensat proses yang sudah

diolah bersih) dikirim ke dust chamber (U-FC 301) sebagai air untuk scrubbing

debu . Gas NH3 dan CO2 yang dipisahkan dari kondensat proses dengan stripping

direcycle ke LP decomposer (U-DA 202) di unit purifikasi .

Unit condensate treatment dikelompokkan dalam dua sistem yaitu :

(a) Sistem Pembentukan Vakum

Air yang diuapkan pada kondisi vakum 25 mmHg di final separator (U-FA

203) pada unit konsentrasi di-boost up oleh ejector for FA 203 (U-EE 201) dan

dikirim ke surface condenser for FA 203 ( U-EA 503 ) untuk kondensasi . Uap

yang belum terkondensasi di surface condenser (U-EA 503) diumpankan ke 1st

surface condenser (U-EA 501) dengan ejector for EA 503 (U-EE 503). Air

yang diuapkan pada kondisi vakum 150 mmHg di vacuum concentrator ( U-FA

202A-B ) pada unit konsentrasi diumpankan pula ke 1st surface condenser (U-

EA 501) untuk kondensasi .

38

Sisa uap H2O yang tidak terkondensasi di 1st surface condenser diumpankan ke

2nd surface condenser (U-EA 502) untuk kondensasi lebih lanjut . Gas yang

tidak terkondensasi dari 2nd surface condenser tekanannya di naikkan dengan

2nd ejector (U-EE 502) sampai tekanan atmosfer untuk pencucian dengan

kondensat proses di final absorber (U-DA 503) untuk recovery NH3 dan CO2

sebelum gas dibuang ke atmosfer .Uap yang ter-flash dari flash separator (U-

FA 205) dimasukkan ke second surface condenser (U-EA 502) melewati flash

gas condenser (U-EA 506) .

(b) Sistem Process Condensate Treatment

Kondensat dari surface condenser for FA203 (U-EA 503), yang secara terpisah

dikumpulkan di process condensate tank (U-FA 501) , dikirim ke LPA sebagai

absorben melalui washing column (U-DA 401) untuk membersihkan gas lepas

dari HPA . Kondensat Proses dari 1st dan 2nd surface condenser dikumpulkan

dan disimpan di process condensate tank (U-FA 501) kemudian dikirim ke

process condensate stripper (U-DA 501), yang mempunyai internal sieve trays

dan beroperasi pada 3 kg/cm². Kandungan NH3 dan CO2 pada kondensat akan

distripping menggunakan stripping steam di process condensate stripper . Gas

keluaran dikirim ke LPD pada seksi purifikasi untuk recovery. Dari tingkat

menengah process condensate stripper, kondensat yang sudah distripping

dipompakan ke urea hydrolyzer (U-DA 502) yang dioperasikan pada 23

kg/cm² dan 210°C , dimana urea akan dihidrolisasi sempurna menjadi NH3 dan

CO2 . Kondensat proses dari urea hydrolyzer diumpankan kembali ke bagian

bawah process condensate stripper untuk men-stripping NH3 dan CO2.

Kondensat proses dari process condensate stripper yang sudah bersih diolah,

kemudian dimasukkan dalam water tank (U-FA 305) dimana kandungan urea

residu maksimal sebanyak 2 ppm dan NH3 sebanyak 1 ppm .

V. UNIT PENUNJANG PRODUKSI

Unit penunjang produksi didirikan bertujuan untuk melengkapi unit utama,

membantu kemudahan penanganan unit utama ataupun untuk mengelola produk

samping sehingga menghasilkan bahan yang berguna . Unit pengantongan

merupakan bagian dari unit penunjang produksi PT.Pupuk Kujang IB .

A. Unit Pengantongan

Unit ini bertugas mengemas butiran urea ke dalam karung plastik,

mendistribusikannya ke sarana transportasi yang tersedia, dan mengatur

penyimpanan dalam gudang. Pengelolaan urea di unit pengantongan terdiri dari

3 bagian, yaitu:

1. Sistem pengelolaan urea curah (bulk handling system)

2. Sistem pengantongan (bagging system)

3. Sistem pengelolaan urea kantong (bag handling system)

1. Sistem Pengelolaan Urea Curah

Dari prilling tower, urea curah dikirim ke unit pengantongan melalui belt

scale (U-JF 301) , kemudian dipindahkan ke belt conveyor 2801-VA-CB

yang disebut juga transfer conveyor untuk ditampung dalam tempat

penyimpanan sementara surge hooper 2801-FF. Surge hooper ini dilengkapi

dengan vibrating feeder 2801-C agar lubang hooper tidak tersumbat. Urea

curah ini selanjutnya dikirim ke bin storage 2801 FA-FJ melalui transfer

conveyor 2801-VD yang dilengkapi dengan traveling tripper 2801-VE.

Untuk mengetahui kondisi bin penuh atau kosong, bin storage dilengkapi

dengan high level dan low low switch. Ada sepuluh buah bin storage di unit

40

ini, namun pada kondisi normal hanya empat buah bin yang beroperasi.

Kapasitas masing-masing bin adalah 80 ton.

2. Sistem Pengantongan Urea

Di bagian bawah bin terdapat mesin penimbang otomatis (weighing

machine) untuk menimbang dengan kapasitas 50 kg . Pada line 1,2 dan 3

dengan toleransi penimbangan ± 300 gram , pada line ke empat digunakan

untuk pengantongan 1 ton urea , hal tersebut dilakukan karena banyak

konsumen yang menginginkan urea dalam bag seberat 1 ton . Dari mesin

penimbang urea kantong akan dibawa ke mesin jahit oleh bag belt conveyor.

3. Sistem Pengelolaan Urea Kantong

Urea yang telah dikemas dalam karung plastik akan dibawa ke alat angkut

atau gudang penyimpanan dengan belt conveyor. Alat angkut yang tersedia

adalah truk.

Untuk pengangkutan dengan menggunakan truk, digunakan short conveyor

sebanyak empat buah dengan kapasitas normal rata-rata 1920

bag/jam/conveyor . Urea kantong yang tidak termuat dalam truk disimpan

dalam gudang.Kapasitas penyimpanan gudang ini adalah 35.000 ton urea

bagged .

VI. SISTEM PEMROSES DAN INSTRUMENTASI

Setiap alat yang terdapat pada ammonia plant , urea plant dan utility plant di PT

Pupuk Kujang memiliki spesifikasi alat yang berbeda sesuai dengan rancang

proses dan kondisi operasi dari alat tersebut . Sedangkan untuk mengontrol

jalannya operasi diperlukan suatu sistem instrumentasi yang baik.

A. Alat-Alat Proses

1. Alat-Alat Utama Unit Amonia

Tabel 6.1.1 Unit Pemurnian Gas Alam

Kode Alat Nama Alat A-114 F Knock Out Drum A-102-D Mercury Guard Chamber A-102-J Feed Gas Compressor A-133-C Feed Gas Compressor Kick Back Cooler A-108-D Hydrotreater

A- 108 DA,DB Desulfurizer Tabel 6.1.2 Unit Pembuatan Gas Sintesis

Kode Alat Nama Alat A-101-B Primary Reformer

A-101-B1 Reformer Stack A-103-D Secondary Reformer A-101-C Secondary Reformer Waste Heat Boiler A-102-C HP Steam Superheater

A-104-D1 High Temperature Shift Converter A-104-D2 Low Temperature Shift Converter

A-103-C1,C2 HTS Effluent Steam Generator

42

Tabel 6.1.3 Unit Pemurnian Gas Sintesis

Kode Alat Nama Alat A-101-E CO2 Absorber A-102-F2 CO2 Absorber Overhead KO Drum

A-101-BCFU Fuel Gas Preheater A-102-E CO2 Stripper A-108-J Semi Lean Solution Pump A-112-C Lean/Semi Lean Solution Exchanger A-105-C CO2 Stripper Reboiler A-111-C CO2 Stripper Steam Reboiler A-107-C CO2 Stripper Quench Cooler

A-116-J/JA CO2 Stripper Quench Pump A-110-C Lean Solution Cooler A-109-C Lean Solution BFW Exchanger

A-107-JA,JB,JC Lean Solution Pump A-109-L Antifoam Injection Unit A-102-F2 CO2 Absorber Overhead Knock Out Drum A-114-C Methanator Feed/Effluent Exchanger A-172-C1 Methanator Preheater

A-115-C1,C2 Methanator Effluent Cooler A-106-D Methanator A-104-F Synthesis Gas Compressor Suction Drum A-102-J Feed Gas Compressor

Tabel 6.1.4 Unit Sintesa Amonia

Kode Alat Nama Alat A-103-J Synthesis Compressor A-116-C Synthesis Gas Compressor Intercooler A-129-C Synthesis Gas Compressor Interstage Chiller A-105-F Synthesis Gas Compressor First Stage Separator A-104-F Synthesis Gas Compressor Suction Drum A-106-F Ammonia Separator A-134-C Synthesis Gas Compressor Kickback Cooler

A-109-DA,DB Molecular Sieve Dryer A-111-D Molecular Sieve Regeneration Gas Dryer A-173-C Molecular Sieve Regeneration Heater A-105-D Ammonia Synthesis Converter A-121-C Ammonia Converter Feed / Effluent Exchanger A-122-C Ammonia Converter Interchanger A-123-C Ammonia Converter Effluent Steam Generator

43

Tabel 6.1.5 Unit Purifikasi dan Refrigerasi Amonia

Kode Alat Nama Alat A-124-C Ammonia Converter Effluent Cooler A-120-C Ammonia Unitized Chiller

A-120-CF1 1st Stage Refrigerant Flash Drum A-120-CF2 2nd Stage Refrigerant Flash Drum A-120-CF3 3rd Stage Refrigerant Flash Drum A-120-CF4 4th Stage Refrigerant Flash Drum

A-106-F Ammonia Separator A-107-F Ammonia Letdown Drum

Tabel 6.1.6 Unit Ammonia Recovery

Kode Alat Nama Alat A-103-E LP Ammonia Scrubber A-104-E HP Ammonia Scrubber A-105-E Ammonia Stripper

Tabel 6.1.7 Unit Hidrogen dan Purge Gas Recovery

Kode Alat Nama Alat A-103-L Hydrogen Recovery Unit

Tabel 6.1.8 Unit Process Condensate Stripping

Kode Alat Nama Alat A-121-J Raw Gas Separator

A-121-J,JA Process Condensate Pump A-150-E Process Condensate Stripper

A-188-C1,C2,C3 Condensate Stripper Feed/Effluent Exchanger A-174-C Stripper Condensate Cooler

44

2.Alat-Alat Utama Unit Urea

Tabel 6.2.1 Unit Synthesis Loop

Kode Alat Nama Alat U – GA 101 Ammonia Feed Pump U – GA 102 Carbamate Feed Pump U – GB 101 CO2 Compressor U – DA 101 Stripper U – DC 101 Reaktor U – DC 151 Dehydrogen Column U – EA 101 Carbamate Condenser U – EA 102 Ammonia Preheater 1 U – EA 103 Ammonia Preheater 2 U – EE 101 HP Carbamate Ejector

Tabel 6.2.2 Unit Purification

Kode Alat Nama Alat U – DA 201 HP Decomposer U – DA 202 LP Decomposer U – FA 201 Urea Solution Tank U – FA 205 Flash separator U – GA 201 Urea Solution Pump

Tabel 6.2.3 Unit Concentration

Kode Alat Nama AlatU – GA 202 Urea Solution Circulation Pump U – GA 203 Urea Solution Feed Pump U – GA 204 Molten Urea Pump U – EA 201 Heater for FA – 202 U – EA 202 Final Concentrator U – EA 203 Urea Solution Heater

U – FA 202A Vacuum Concentrator Upper U – FA 202B Vacuum Concentrator Lower U – FA 203 Final Separator U – EE 201 Ejector for FA – 203

45

Tabel 6.2.4 Unit Prilling

Kode Alat Nama Alat U – GA 301 Circulation Pump for Dust Recovery U – GA 302 Dissolving Tank Pump U – GB 301 Induced Fan for Prilling Tower U – GB 302 Blower for Fluidizing Cooler U – GD 302 Agitator for Dissolving Tank U – EC 301 Air Heater for Fluidizing Cooler U – FA 301 Head Tank U – FA 302 Dissolving Tank U – FA 304 Strainer Washing Tank U – FA 306 Distributor Washing Tank U – FA 307 Urea Drainage Tank U – FC 301 Dust Chamber U – FD 301 Strainer U – FD 302 Fluidizing Cooler U – FD 303 Trommel U – FD 304 Packed Bed for Dust Recovery U – FJ 301 Distributor U – FJ 302 Spray Nozzle for Packed Bed U – FJ 303 Spray Nozzle for Demister U – FD 305 Demister for Prilling Tower U – JD 301 Belt Conveyor to Trommel U – JF 301 Belt Scale U – IA 301 Prilling Tower

Tabel 6.2.5 Unit Recovery

Kode Alat Nama Alat U – GA 401 Carbamate Boost Pump U – GB 402 HP Absorbent Pump U – DA 401 Washing Column

U – EA 401A HP Absorber Upper U – EA 401B HP Absorber Lower U – EA 402 LP Absorber

46

Tabel 6.2.6 Unit Condensate Treatment

Kode Alat Nama Alat U – GA 303 Water Pump for Prilling Tower U – GA 501 Process Condensate Pump U – GA 502 Urea Hydrolyzer Feed Pump U – GA 503 LP Absorbent Pump U – DA 501 Process Condensate Stripper U – DA 502 Urea Hydrolyzer U – DA 503 Final Absorber U – EA 501 1st Surface Condenser U – EA 502 2nd Surface Condenser U – EA 503 Surface Condenser for FA – 203 U – EA 504 Preheater for DA – 501 U – EA 505 Preheater for DA – 502 U – EA 506 Flash Gas Condenser U – FA 305 Water Tank U – FA 501 Process Condensate Tank U – EE 501 Ejector 1 U – EE 502 Ejector 2 U – EE 503 Ejector for EA – 503

B. Sistem Pengendalian dan Instrumentasi

Instrumen pengendalian proses mempunyai peranan yang sangat vital untuk

mengatur agar fluktuasi besaran proses dapat dikendalikan dan senantiasa

beroperasi pada rentang waktu yang diinginkan.

Pada dasarnya pengendalian proses bertujuan untuk:

1. Mengetahui dan mengatur besar kecilnya kondisi operasi seperti temperatur

dan tekanan pada proses yang berlangsung.

2. Mengetahui adanya kondisi bahaya yang sedang terjadi pada instrumentasi

proses.

3. Mengatur laju alir umpan masuk.

Sistem pengendalian operasi pabrik PT Pupuk Kujang IB menggunakan sistem

control elektronik ( DCS ) .Sistem pengendalian proses produksi ini cukup

andal baik ditinjau dari segi efisiensi dan efektifitasnya .

47

Peralatan pada DCS terdiri dari : layar monitor berukuran sekitar 19 in,

keyboard yang terdiri dari button configuration dan standard button , dot

matrik printer , video copier , penset , annunciator panel , dan emergency

button .

Item yang dikonfigurasi (tag name)dalam DCS dikelompokan sebagai berikut :

1. Regulatory

Digunakan sebagai controller , kalkulasi , selector switch, dll.

2. Analog input

Digunakan sebagai indikasi dari hasil pengukuran transmitter untuk

menunjukkan harga satuan proses , seperti tekanan , level , dan temperatur .

3. Analog output

Digunakan untuk mengoperasikan suatu control valve , regulator atau

pengaturan governor control.

4. Digital input

Digunakan sebagai indikasi dari signal digital dari proses misalnya :

pressure switch , level switch, vibro switch , alarm , dll .

5. Digital output

Digunakan sebagai penggerak selenoid yang banyak dipakai untuk

menjalankan atau menghentikan peralatan , membuka atau menutup

kontrol valve.

6. Flag

Digunakan sebagai tag name software yang berfungsi sebagai alarm dari

suatu hasil perhitungan .

7. Numeric

Digunakan sebagai tag name software yang dipakai sebagai setting suatu

perhitungan , indikasi hasil kalkulasi , pengaturan harga rate , rasio,dll.

8. Timer

Digunakan sebagai tag name software yang berfungsi sebagai controller

untuk pengaturan timer .

9. Sequence

Digunakan sebagai tag name software yang berisi bahasa program untuk

interlock system , perhitungan harga proses , batasan harga proses , dll.

VII. PRODUK

Produk merupakan hasil akhir dari seluruh rangkaian proses yang mengolah bahan

baku. Produk yang dihasilkan oleh PT. Pupuk Kujang IB meliputi produk utama,

produk antara dan produk samping .

A. Produk Utama

Produk utama pabrik ini adalah butiran pupuk urea dengan kapasitas disain

sebesar 570.000 ton per tahun atau 1.725 ton per hari dengan konsumsi energi

5623 Gcal per ton . Kualitas urea yang dihasilkan pabrik ini dapat dilihat pada

Tabel 7.1.

Tabel 7.1 Kualitas Produk Urea

Kandungan bahan dalam urea Jumlah

Nitrogen 46 % berat (minimum) Moisture 0,3 % berat (maksimum) Biuret 1 % berat (maksimum) Kadar besi 1 ppm (maksimum) Amonia bebas 150 ppm (maksimum) Abu 15 ppm (maksimum)

Sumber : PT. Pupuk Kujang IB , Unit Urea

Tabel 7. 2 Ukuran Produk Urea Ukuran produk urea Jumlah

1 – 3,35 mm 95 % ( minimum )

< 0,71 mm 2 % ( maksimum )

< 3,35 mm 100 % Sumber : PT. Pupuk Kujang IB , Unit Urea

49

Hasil dari produk utama dipasarkan berdasarkan keputusan Asosiasi Produsen

Pupuk Indonesia (APPI), sesuai dengan keputusan APPI untuk pemasaran

pupuk dalam negeri yang ditunjuk sebagai distributor tunggal adalah PT

Pupuk Sriwijaya , termasuk pupuk urea hasil produksi PT Pupuk Kujang.

Selain itu, pemasaran urea dan amonia dilakukan sendiri oleh PT Pupuk

Kujang, maupun melalui distributor-distributor untuk sektor pangan daerah

sekitar pabrik, sektor industri dan sektor perkebunan. Selain pemasaran dalam

negeri, juga dilakukan ekspor. Untuk ekspor penjualan diakukan oleh PT

Pupuk Kujang sendiri . Jumlah urea yang diekspor adalah excess (kelebihan)

dari jumlah produksi urea setelah sejumlah kebutuhan dalam negeri terpenuhi.

Pasar PT Pupuk Kujang di luar negeri antara lain adalah Cina, Vietnam dan

Filipina.

B. Produk Antara dan Produk Samping

Selain menghasilkan urea, PT. Pupuk Kujang juga menghasilkan zat-zat lain,

amonia cair dan karbondioksida sebagai produk antara, gas hidrogen, nitrogen

cair, gas nirogen dan oksigen cair sebagai produk samping. Produksi amonia

cair yang langsung terpakai oleh pabrik urea sekitar 1000,5 ton per hari,

sedangkan karbondioksida sekitar 1311 ton per hari . Kualitas produk amonia

dan karbondioksida dapat dilihat pada Tabel 7.3 dan 7.4

Tabel 7.3 Kualitas Amonia Cair

Karakteristik Nilai Kadar amonia 99,9 % berat (minimum)Kadar minyak 5 ppm (maksimum)Kadar air 0,1 % berat (maksimum)Tekanan 18 kg/cm2 ( minimum )Temperatur 30 oC ( normal )

Sumber : Basic Engineering Design Data Kujang IB

50

Tabel 7.4 Kualitas Gas CO2

Karakteristik Nilai Komposisi (basis kering)

a. Karbondioksida b. Sulfur c. H2 d. N2 e. CH4+CO+Ar

99 % volume (minimum)

0,1 ppm (maksimum) 0,8 % volume ( maksimum ) 0,2 % volume ( maksimum )

0,02 % volume ( maksimum ) Kadar air Jenuh Tekanan 0,6 kg/cm2 Temperatur 38 oC

Sumber : Basic Engineering Design Data Kujang IB

Gas amonia yang dijual adalah sisa kebutuhan pabrik urea. Gas nitrogen,

nitrogen cair, dan oksigen cair dihasilkan oleh unit pemisah udara. Gas

hidrogen dihasilkan oleh unit Hidrogen dan Purge Gas Recovery . Jumlah

produksi dari masing-masing produk samping dapat dilihat pada Tabel 7.5.

Tabel 7.5. Kapasitas Produksi Tiap Produk Samping

Produk Samping Kapasitas Produksi (per hari) Gas amonia 13,3 ton Gas Nitogen 6,3 Nm3 Nitrogen cair 515,5 gallon Oksigen cair 677,7 gallon Gas Hidrogen 26.376 Nm3

Sumber : PT. Pupuk Kujang

Karena produksi produk-produk ini tidak terlalu besar maka umumnya hanya

ditujukan untuk membantu anak-anak perusahaan di sekitar PT Pupuk Kujang,

seperti produk amonia yang dijual ke PT Multi Nitrotama Kimia dan

Hidrogen yang dijual ke PT Peroksida Indonesia Pratama .

VIII. UTILITAS Pabrik Utilitas Kujang IB (Utility Plant) bertugas untuk menyediakan bahan-

bahan baku dan penunjang untuk kebutuhan operasi dan sistem produksi di pabrik

pupuk Kujang IB seperti air bersih,air pendingin, air proses, steam, tenaga listrik,

pengolahan udara pabrik dan instrument, nitrogen, gas dan mengolah limbah cair.

Untuk memenuhi kebutuhan tersebut Pabrik Utilitas Pupuk Kujang IB ini dibagi

dalam 8 unit yaitu:

A. Unit Water Intake

Unit ini merupakan unit yang menyediakan kebutuhan air baku untuk

kebutuhan Pabrik KIB. Sumber air baku untuk pabrik ini berasal dari 3 lokasi

yaitu : Water Intake Parung Kadali (Curug) ,Cikao (Jatiluhur), dan Kolam

Emergency (kolam 8).

• Water intake Parung Kadali (Curug) mempunyai 3 buah pompa MP I ,MP

II , MP III dengan kapasitas masing-masing 1250 m3/jam dan 2 buah

pompa auxiliary ( AP I dan AP II ) dengan kapasitas pompa masing-

masing 840 m3/jam.

• Water intake Cikao ( Jatiluhur ) mempunyai 2 buah pompa (MP A & B)

dengan kapasitas masing-masing 1250 m3/jam dan akan beroperasi apabila

kondisi air baku water intake di Parung Kadali turbiditasnya mengalami

kenaikan > 200 ntu .

• Kolam Emergency ( kolam 8 ) dilengkapi oleh 2 buah pompa 3003 J/JA

dengan kapasitas masing-masing pompa 450 m3/jam , kolam 8 ini

merupakan kolam cadangan yang digunakan apabila air baku dari Parung

Kadali tidak dapat memenuhi kebutuhan yang diperlukan .

52

B. Unit Pengolahan Air

Unit pengolahan air ini terbagi menjadi 2 unit utama yaitu unit water

pretreatment dan unit demineralization .

1. Unit Water Pretreatment

Sebelum digunakan air baku yang mengandung pengotor yang tidak larut

dalam air ( suspended solid ), seperti lumpur, pasir, partikel halus dan lain-

lain harus diolah terlebih dahulu menjadi air bersih dengan proses koagulasi,

flokulasi, sedimentasi, dan filtrasi, sehingga menghasilkan air bersih dengan

pH 6.5-7,5 dan kekeruhan maksimal 2 ppm . Air bersih ini digunakan

sebagai air service , sumber untuk membuat air pendingin dan air demin , air

hydrant , backwash pressurizer sand filter ( PSF) serta backwash activated

carbon filter ( ACF)

Gambar 8 . 1 Unit Water Treatment

53

2.Unit Demineralization

Unit ini betugas untuk mengolah air filter menjadi air demin, yaitu air yang

telah dihilangkan mineral-mineralnya dengan jalan pertukaran ion di dalam

ion exchanger, agar tidak menimbulkan kerak dan bebas dari gas-gas yang

dapat mengakibatkan korosi seperti gas O2 dan CO2.

Unit demineralisasi ini terdiri dari 5 bagian, yaitu:

a. Activated Carbon Filter

Berfungsi menghilangkan klorin agar resin pada unit demineralisasi tidak

teroksiodasi, menghilangkan bau, menghilangkan warna , dan

menghilangkan impurities lainnya yang masih terbawa dalam air filter .

b. Cation Exchanger

Berfungsi untuk mengikat kation-kation yang terkandung dalam air,

antara lain: Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, dan Al3+ kemudian

ditukarkan dengan ion hidrogen ( H+ ) yang terdapat pada resin Amberjet

1200 Na.

c. Degassifier

Berfungsi untuk menghilangkan carbon dioxide dan mengurangi

alkalinity karena tidak terproses dalam cation exchanger sehingga beban

ion yang masuk ke anion exchanger berkurang .

d. Anion Exchanger

Berfungsi untuk mengikat anion - anion, antara lain : CO32-, SO4

2-, Cl-,

NO3-, dan SiO3

- kemudian ditukarkan dengan ion hidroksil ( OH – ) yang

terdapat pada resin Amberjet 4200

e. Mix Bed Polisher

Berfungsi untuk mengikat anion dan kation yang masih lolos dari cation

dan anion exchanger serta sebagai pengaman apabila terjadi keracunan

dari cation dan anion exchanger. Diharapkan air yang keluar dari sini

mempunyai pH 6,8 – 7 .

54

C. Unit Pembangkit Steam

Unit pembangkit steam terdiri dari 2 boiler yaitu package boiler ( B-BF 4101 )

dengan kapasitas produksi steam 100 ton/jam , dan waste heat boiler ( B-BF

4002 ) serta unit pengolahan air umpan ketel daerator ( B-EG 4001 ) .

Dalam steam system dilakukan injeksi beberapa bahan kimia sebagai berikut :

• Liquid ammonia sebagai pengontrol pH

• Liquid phosphate sebagai pencegah korosi

• Oksigen Scaveger sebagai penangkap oksigen

Steam yang dihasilkan yaitu :

• Medium Pressure Steam ( MPS ) , bertekanan 42 kg/cm2 pada

temperatur 380oC . MPS sebagian besar dikirim ke pabrik urea,

sebagian yang lain digunakan untuk turbine-turbine di area Service

Unit

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

temperatur 260oC . LLPS digunakan untuk pemanas A-EA2001

(Ammonia Heater), ejector, sebagian dikirim ke unit urea dan amonia.

D. Unit Pembangkit Listrik

Fungsi dari unit ini adalah menyediakan tenaga listrik untuk kebutuhan pabrik

KIB . Kebutuhan tersebut disuplai dari beberapa sumber tegangan yang

terdapat dari unit utilitas, yaitu:

1. Gas Turbin Generator Solar ( G-GI 7001 )

Generator ini merupakan sumber utama dari tenaga listrik yang dibutuhkan

dengan kapasitas power 10 MW, Tegangan 13,6 - 13,8 KV / 50 Hz.

2. PLN (Perusahaan Listrik Negara)

PLN merupakan sumber tenaga listrik cadangan dengan kapasitas power

11,5 MW.

55

3. Emergency generator

Merupakan generator darurat dengan kapasitas 1500 KW,400 V,50 Hz.

4. UPS (Uninterupted Power Supply)

Merupakan alat yang dapat mensuplai tenaga listrik tanpa kehilangan

tegangan . UPS ini hanya digunakan untuk alat-alat kontrol kritis yang tidak

boleh mengalami kehilangan tegangan seperti DCS dan power

instrumentasi. Memiliki kapasitas 80 KVA bertegangan 110 V .

5. DC Charger

Berfungsi mengubah power AC ke DC , DC Charger menyediakan back up

baterai selama 30 menit dengan voltase 110 V .

E. Unit Pengolahan Air Pendingin (Cooling Water)

Unit ini berfungsi mendinginkan air dari 46oC menjadi 32oC sehingga dapat

digunakan lagi sebagai air pendingin pada cooler yang terdapat pada peralatan

yang membutuhkan proses pendinginan. Untuk keperluan air pendingin, air

diambil dari filtered water tank ( W-FB 1001 ). Sifat-sifat yang harus dipenuhi

oleh air pendingin adalah: tidak korosif, tidak menimbulkan kerak, dan tidak

mengandung mikroorganisme yang dapat menimbulkan lumut. Oleh karena pada unit pengolahan air pendingin di injeksikan beberapa bahan

kimia yaitu :

• Senyawa fosfat, untuk mencegah timbulnya kerak pada pipa exchanger.

• Senyawa klor, untuk menbunuh bakteri dan mencegah tinbulnya lumut

pada menara pendingin.

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

• Dispersant, untuk mencegah penggumpalan dan mengendap kotoran -

kotoran yang terdapat pada air pendingin dan mencegah terjadi fouling

pada pipa exchanger.

56

F. Unit Pengolahan Udara Pabrik dan Udara Instrumen

Udara pabrik ( Plant Air / PA ) berfungsi sebagai umpan IA Dryer , passivasi

pabrik urea , blanket , pembersih alat-alat , pengaduk, dan sebagainya .Udara

pabrik diperoleh dengan mengkompresikan udara luar sampai mencapai

tekanan 7.5 kg/cm2. Udara ini sebagian ditransmisikan ke unit service,amonia

maupun urea dan sisanya dikeringkan dalam instrument air dryer ( IA dryer )

untuk menjaga dew point pada 40 °C serta tekanan 7.5 kg/cm² agar siap

digunakan sebagai Udara instrumen ( Instrument Air / IA ) yang berfungsi

sebagai penggerak instrumen-instrumen pneumatic .

G. Unit Gas Metering System

Berfungsi mengatur kebutuhan distribusi gas dalam pabrik . Unit ini dibagi

menjadi 2 sistem , yaitu :

1. Natural gas system

Natural Gas ( gas alam ) diperoleh dari pertamina , umumnya berada pada

tekanan 12 kg/cm2 , temperatur 32 oC dengan flow rate 44,445 Nm3/h .

flow rate , tekanan , densitas dan temperatur gas alam diukur di metering

station sebelum didistribusikan . Pada aliran umpan masuk dipasang

controller PV-2901 untuk mengatur supply gas alam . Sebelum

didistribusikan ke unit amonia , waste heat boiler , package boiler , gas

alam akan dipisahkan dari fraksi berat di NG knock out drum( F-FA 1001)

dan difiltrasi di NG Filter ( F-FD 1001 A/B ) . Untuk supply gas alam ke

gas turbin generator gas alam akan dikompresi terlabih dahulu di NG

booster compressor ( G-GB 7001 ) dan di filtrasi kembali di GTG inlet

filter ( G-FD 7001 A/B ) .

2. Nitrogen System

Pada sistem ini nitrogen dibagi menjadi 2 level pressure , yaitu low

pressure nitrogen bertekanan 7 kg/cm² dan high pressure nitrogen

bertekanan 19 kg/cm² . low pressure nitrogen akan didistribusikan ke

57

semua unit area yang membutuhkan sedangkan high pressure nitrogen

akan didistribusikan ke unit urea dan amonia .

Gambar 8 . 2 Nitrogen system

H. Unit Pengolahan Limbah ( Waste Water Treatment )

Menurut jenisnya ada 3 jenis limbah yang dihasilkan oleh PT. Pupuk Kujang

yaitu limbah gas , padat dan cair . Pengolahan limbah cair memerlukan

penanganan serius dan harus melalui beberapa tahap.

Tahapan pengolahan limbah cair meliputi:

1. Pemisahan Air Berminyak

Unit ini bertujuan untuk mengolah air yang mengandung minyak dengan

kadar 100 mg/L sampai 300 mg/L menjadi 1,5 mg/L . Oily water dari

semua unit area dipisahkan oleh oily water separator ( W-FA 6003 ) .

Minyak dan pengotor akan dibakar di dalam burning pit , sedangkan

limbah yang akan dibuang ke sewer , ditampung terlebih dahulu di final

effluent sump ( W-FB 6005 ) untuk diinjeksikan caustic dan sulfurid acid

sebagai pengontrol pH substansi – substansi kimia didalamnya ( chemical

washing ) .

58

2. Netralisasi Asam-Basa

Unit ini bertujuan menetralkan air buangan yang berasal dari regenerasi

cation dan anion exchanger , serta air polisher regenerasi dari semua unit

pabrik . Diharapkan air yang keluar dari unit ini mempunyai pH 6,5

sampai 7,5 . Air regenerasi dibawa ke neutralization pit ( W-FB 1007 )

untuk netralisasi pH menggunakan injeksi sulfurid acid dan caustic .

Kemudian air regenerasi yang sudah dinetralisasi dibawa ke final effluent

sump ( W-FB 6005 ) untuk digabungkan dengan cooling tower blowdown

amonia dan urea serta actived carbon backwash , pH substansi – substansi

kimia ini dikontrol kembali dengan injeksi caustic dan sulfurid acid .

Limbah cair yang selesai dinetralisasikan dibawa ke kolam penampungan

limbah ( pond sewer ).

Air limbah yang berasal dari pond sewer dialirkan ke kolam stabilisasi

sebagai tempat penampungan akhir dari seluruh air limbah di PT Pupuk

Kujang yang berkapasitas 5000 m3 yang overflow-nya mengalir ke Sungai

Cikaranggelam dengan pemantauan kualitas secara rutin .

Gambar 8 . 3 Waste Water Treatment

IX. TATA LETAK DAN LOKASI PABRIK A. Tata Letak Pabrik

Kawasan P.T. Pupuk Kujang memiliki luas area sekitar 727,5 Ha yang terdiri

atas daerah pabrik seluas ± 60 Ha , daerah perumahan seluas ± 60 Ha , daerah

perkantoran dan sarana penunjang lainnya seluas ± 230 Ha serta Kawasan

Industri Kujang Cikampek (KIKC) seluas ± 377,5 Ha. Kawasan pabrik terdiri

dari pabrik amonia, urea, utilitas, dan pengepakan/pengantongan yang tersusun

berdasarkan keterkaitan proses.

Sehingga tata letak ( lay out ) pabrik ditata sedemikian rupa dengan

mempertimbangan kemudahan jalannya proses produksi dan kemudahan keluar

masuknya kendaraan, baik kendaraan berat maupun kendaraan ringan . Lay out

juga dirancang agar air buangan yang keluar dari lingkungan pabrik dianggap

tidak membahayakan lingkungan sekitarnya.

Tata letak pabrik atau plant lay out perlu dirancang dengan tujuan:

1. Pengelolaan produk dapat efisien.

2. Memudahkan penanggulangan bahaya yang mungkin terjadi.

3. Mencegah polusi gas maupun suara.

4. Memudahkan jalan keluar dan masuk kendaraan di area pabrik.

Kawasan Industri Kujang Cikampek( KIKC ) yang merupakan anak-anak

perusahaan PT . Pupuk Kujang berada berdekatan dengan kawasan pabrik,

agar memudahkan penyediaan bahan baku dan utilitas yang dikirim dari

kawasan pabrik, sementara perkantoran dan perumahan berada agak jauh dari

kawasan pabrik agar tidak terganggu oleh suasana pabrik .

60

B. Lokasi Pabrik

Pabrik PT. Pupuk Kujang (Persero) terletak di Jalan Jenderal Ahmad Yani,

Desa Dawuan , Kecamatan Cikampek , Kabupaten Karawang, Propinsi Jawa

Barat.

Pemilihan lokasi pabrik didasarkan atas pertimbangan:

a. Dekat dengan sumber bahan baku gas alam di Cilamaya,

b. Dekat dengan sumber air tawar di Waduk Curug,

c. Dekat dengan sumber tenaga listrik di Jatiluhur,

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

e. Tersedianya sungai pembuangan di Cikaranggelam,

f. Letak yang strategis untuk pemasaran produk , yaitu berada di tepi jalan

raya lintas utara Pulau Jawa

X. ORGANISASI PERUSAHAAN

Suatu perusahaan membutuhkan manajemen yang baik untuk menunjang dan

mendukung berfungsinya suatu industri , sehingga perusahaan perlu melengkapi

diri dengan struktur organisasi yang baik agar manajemen perusahaan tersebut

dapat berjalan dengan baik pula .

Organisasi perusahaan adalah suatu sistem yang dibuat untuk mengatur kegiatan

dan aset dalam perusahaan sedemikian rupa sehingga tercapai efisiensi yang

maksimum.

A. Struktur Organisasi

P.T. Pupuk Kujang merupakan BUMN di bawah Departemen Perindustrian

dan Direktorat Industri Kimia Dasar yang seluruh modalnya adalah milik

pemerintah.

Struktur organisasi yang berlaku saat ini adalah berdasarkan Surat Keputusan

Direksi No. 014/SK/DU/X/2004, tanggal 18 Oktober 2004. Berdasarkan surat

keputusan tersebut, struktur organisasi PT. Pupuk Kujang terdiri dari dewan

direksi, kepala kompartemen, kepala divisi atau biro, kepala bagian atau dinas,

serta kepala seksi atau bidang.

62

B. Struktur Kebutuhan Tenaga Kerja

Sampai dengan bulan Juli 2007 Jumlah karyawan di P.T. Pupuk Kujang

berjumlah 1.072 karyawan . Jumlah tenaga kerja tersebut tidak termaksuk 5

orang yang duduk di dewan direksi, karena direktur-direktur PT. Pupuk

Kujang berstatus pegawai dari Departemen Perindustrian RI.

Berdasarkan status kepegawaian , karyawan diklasifikasikan sebagai berikut:

Karyawan tetap : 972 orang

Karyawan ikatan kerja : 84 orang

Karyawan honorer : 16 orang

Jumlah : 1.072 orang

Sedangkan berdasarkan jabatan dalam struktur organisasi, dapat

diklasifikasikan sebagai berikut:

Direksi : 5 orang

Staf ahli : 3 orang

Kepala kompartemen + staf setingkat : 15 orang

Kepala biro/divisi + staf setingkat : 72 orang

Kepala dinas/bagian + staf setingkat : 126 orang

Kepala seksi/ bidang + staf setingkat : 260 orang

Pelaksana : 596 orang

Jumlah : 1.077 orang

C. Waktu Kerja

Berdasarkan waktu kerjanya, karyawan dapat dibedakan menjadi karyawan

regular dan shift.

Karyawan regular adalah mereka yang tidak terlibat langsung dalam kegiatan

produksi maupun pengamatan pabrik dan biasanya karyawan tingkat staf ke

atas. Jam kerja karyawan regular adalah sebagai berikut :

63

• Hari Senin sampai Kamis : pkl. 07.00 – 16.00

Istirahat : pkl. 11.30 – 12.30

• Hari Jumat : pkl. 07.00 – 17.30

Istirahat : pkl. 11.30 – 13.00

• Hari Sabtu dan Minggu libur

Karyawan shift adalah mereka yang terlibat langsung dalam kegiatan produksi

dan pengamanan pabrik. Jam kerja shift dapat diatur sebagai berikut:

• Shift pagi : pkl. 07.00 – 15.00

• Shift sore : pkl. 15.00 – 23.00

• Shift malam : pkl. 23.00 – 07.00

Setiap tahun diadakan tour around (TA) yaitu penghentian produksi untuk

perbaikan dan pemeriksaan seluruh alat. Satu kali turn around memakan waktu

kurang lebih dua minggu., sehingga pada prakteknya pabrik bekerja selama 330

hari/tahun.

D. Sistem Penggajian

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

• Gaji karyawan tetap, ikatan dinas dan honorer.

Untuk karyawan tetap. Karyawan yang bekerja karena ikatan dinas,

maupun karyawan honorer, gaji diberikan akhir bulan. Gaji ini meliputi

tunjangan isteri, anak, kesehatan, perumahan dan lain-lain.

• Gaji tenaga harian lepas.

Untuk tenaga harian lepas, gaji diberikan 2 mingguan, yaitu setiap tanggal

5 dan 20. Besarnya gaji ini tergantung banyak sedikitnya jam kerja

masing-masing karyawan.

Selain gaji rutin seperti tersebut diatas, setiap karyawan akan mendapat

bonus keuntungan yang besarnya tergantung kepada laju produksi .

64

E. Keselamatan Kerja

Masalah keselamatan kerja sangat penting dalam pengoperasian pabrik, baik

untuk melindungi keselamatan karyawan sendiri maupun demi keselamatan dan

kelangsungan pabrik. Hal ini ditunjang dengan adanya Undang- Undang No. 1

tahun 1970 yang menetapkan bahwa setiap tenaga kerja berhak mendapat

pekerjaan demi kesejahteraan hidup dan peningkatan produktivitas nasional.

Untuk itu di P.T. Pupuk Kujang dibentuk bagian Keselamatan Kerja dan

Pemadam Kebakaran ( Fire and Safety Unit). Tugas dan wewenang badan ini

adalah memberi ijin kerja kepada karyawan yang akan melakukan penggalian,

pembongkaran, perbaikan alat, mengawasi dan menegur orang- orang yang

berada di lingkungan pabrik jika sekiranya melakukan tindakan yang

membahayakan, mengadakan latihan penanggulangan kecelakaan dan

kebakaran secara periodik bagi seluruh karyawan, mengumandangkan safety

talk atau peringatan kembali tentang peraturan keselamatan kerja pada waktu-

waktu tertentu, dan menerbitkan majalah bulanan fire and safety.

Bagian ini juga memiliki sarana-sarana penunjang keselamatan seperti

ambulans, fire truck multi purpose, fire jeep car, fire detector dan instrumennya,

racun api, masker gas dan api, unit pengisi udara tekan, kotak PPPK, poster-

poster keselamatan kerja, ruang kelas dan garasi tambahan untuk latihan.

DAFTAR PUSTAKA Perry, R.H. and Green, D. 1999. Perry’s Chemical Engineerings Hand Book 5th ed . Mc

Graw-Hill Book Company . New York. PT. Pupuk Kujang IB . 2004 . Petunjuk Pengoperasian Pabrik Urea-IB . PT . Pupuk

Kujang. Cikampek - Jawa Barat . PT. Pupuk Kujang . 2005 . e-Files Engineering Data Book . Rekayasa Persada .

Cikampek - Jawa Barat .

Team Engineering KIB Project . 2004 . Utility Plant . PT. Pupuk Kujang . Cikampek – Jawa Barat .

Toyo Engineering Corporation . 2003 . Process Description for Ammonia Unit . Toyo Engineering Corp . Tokyo- Japan .

Toyo Engineering Corporation . 2003 . Process Description for Urea Unit . Toyo

Engineering Corp . Tokyo- Japan .

LAPORAN TUGAS KHUSUS KERJA PRAKTEK

PT PUPUK KUJANG I B (PERSERO)

CIKAMPEK – JAWA BARAT

Process Engineering KIB

Evaluasi Kinerja

“Ammonia Converter Feed/Effluent Exchanger”

“( A-121-C )”

Oleh

Neni Muliawati

0415041056

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2008

i

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ........................................................................................................... i

DAFTAR TABEL .................................................................................................. ii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ iii BAB I. PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

A. Latar Belakang ..................................................................................... 1 B. Tujuan ................................................................................................... 2

C. Ruang Lingkup dan Batasan Masalah .................................................. 2

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 3

A. Alat Penukar Panas .............................................................................. 3 B. Shell and Tube Exchanger ................................................................... 5

C. Analisa Kinerja Heat Exchanger ......................................................... 7 BAB III. PELAKSANAAN TUGAS KHUSUS .................................................... 8

BAB IV. HASIL PERHITUNGAN ..................................................................... 14 BAB V. PEMBAHASAN .................................................................................... 15

A. Overall coefficient of heat transfer(U) ............................................... 15 B. Efektifitas Panas ( ε ) ........................................................................... 16

BAB VI. SIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 17

A. Simpulan ............................................................................................. 17 B. Saran .................................................................................................... 17

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN A

LAMPIRAN B

ii

DAFTAR TABEL Tabel Halaman Tabel 4.1 Data Desain dan Perhitungan Aktual ............................................... 14

Tabel 5.1 Laju Alir Massa Desain dan Aktual A-121-C .................................. 16

iii

DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman Gambar 2.1. Profil temperatur dan jenis aliran pada heat exchanger ................. 4

Gambar 2.2. Kontruksi Shell and Tube Exchanger ............................................ 6

Gambar 2.3. Tubes Layout yang umum pada HE ................................................ 6

Gambar 2.4. Segmental baffle .............................................................................. 7

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Heat exchanger dalam suatu industri merupakan alat yang berperan dalam

penyediaan kebutuhan energi yang diperlukan pada proses produksi . Heat

exchanger dapat mempertukarkan panas sehingga energi panas yang ada

dapat termanfaatkan . Hal ini sangat menguntungkan bagi suatu industri

karena dapat mengurangi pengeluaran untuk penyediaan kebutuhan energi

yang diperlukan pada proses produksi .

Ammonia converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) dalam unit sintesis

amonia Pabrik Pupuk Kujang IB merupakan salah satu heat exchanger yang

menyediakan kebutuhan energi untuk menaikkan temperatur umpan ammonia

converter ( ammonia converter feed ) pada bagian tube dari kisaran 49 oC

menjadi 238 oC. Hal ini dilakukan dengan memanfaatkan panas dari keluaran

ammonia converter (ammonia converter effluent ) pada bagian shell .

Ammonia converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) sangat berperan

dalam unit sintesis amonia, karena menaikkan temperatur umpan ammonia

converter ( ammonia converter feed ) sehingga sesuai dengan temperatur yang

dibutuhkan untuk sintesis amonia dalam converter dengan menggunakan

outlet ammonia converter itu sendiri .

2

Seiring dengan waktu pengoperasian suatu heat exchanger , maka kinerjanya

akan cenderung mengalami penurunan dan menyebabkan jumlah panas yang

dipindahkan per satuan luas semakin menurun .

B. Tujuan

Adapun tujuan dari tugas khusus adalah untuk mengevalusi kinerja Ammonia

converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) unit sintesis amonia PT .

Pupuk Kujang IB dengan menghitung Overall Coefficient of Heat transfer

(U) dan efektifitas panas ( ε )

C. Ruang Lingkup dan Batasan Masalah

Ruang lingkup masalah tugas khusus pada laporan Kerja Praktek ini adalah

terbatas pada evaluasi kinerja ammonia converter feed / effluent exchanger

(A-121-C) pada unis sintesis amonia , yang digunakan untuk menaikkan

temperatur umpan ammonia converter ( ammonia converter feed ) sebelum

masuk ke dalam ammonia converter A-105-D dengan menggunakan outlet

ammonia converter ( ammonia converter effluent ) .

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)

Alat penukar panas adalah alat yang berfungsi untuk memindahkan sejumlah

panas tertentu dari fluida panas ke fluida dingin . Proses perpindahan panas

dapat terjadi karena adanya perbedaan temperatur antara fluida panas dengan

fluida dingin yang terjadi dalam sebuah sistem .

Mekanisme perpindahan panas yang terjadi pada heat exchanger berupa

konduksi dan konveksi . Perpindahan panas secara konduksi terjadi akibat

perpindahan momentum dari molekul atau atom tanpa proses pencampuran

(tanpa disertai gerakan zat) yaitu terjadi pada dinding pipa atau tube .

Perpindahan panas secara konveksi terjadi akibat perpindahan energi panas

dari fluida panas ke fluida dingin karena pencampuran oleh gerakan fluida

sampai temperatur di fluida dingin seragam .

Jenis aliran pada heat exchanger terbagi dua yaitu searah (parallel flow) dan

tidak searah (counterflow) . Pada aliran searah (parallel flow) fluida panas dan

fluida dingin mengalir paralel dalam arah yang sama , fluida panas akan

berkontak dengan fluida dingin kemudian akan mengalami penurunan

temperatur yang besar, sehingga fluida dingin hanya dapat mengalami

pemanasan yang kecil . Pada aliran tidak searah (counterflow) bahan panas

dan dingin mengalir dalam arah yang berlawanan , fluida panas mula-mula

masuk memberikan panasnya kepada fluida dingin dimana suhu keluaran

fluida dingin hanya harus lebih rendah sedikit dibandingkan dengan suhu

fluida panas yang masuk , sehingga fluida dingin dapat termanfaatkan dengan

lebih baik dan yang dibutuhkan lebih sedikit .

4

( a ) ( b )

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

( b ) tidak searah (counterflow).

Kemampuan untuk menerima panas dipengaruhi oleh 3 hal yaitu :

1. Koefisien overall perpindahan panas (U)

Koefisien overall perpindahan panas menggambarkan mudah atau

tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga

menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses konduksi

dan konveksi. Faktor-faktor yang berpengaruh adalah proses perpindahan

panas ,keadaan fisik fluida (densitas , viskositas, panas jenis, konduktivitas

termal), dan penyusunan secara fisik.

2. Luas bidang yang tegak lurus terhadap arah perpindahan panas.

3. Selisih temperatur rata-rata logaritmik (∆T LMTD).

5

B. Shell and Tube Exchanger Heat exchanger tipe shell dan tube pada dasarnya terdiri dari berkas tube (tube

bundles) yang dipasangkan di dalam shell yang berbentuk silinder. Bagian

ujung dari berkas tube dikencangkan pada dudukan tube yang disebut tube

sheet dan sekaligus berfungsi untuk memisahkan fluida yang mengalir di sisi

shell dan di sisi tube. Pada shell and tube exchanger satu fluida mengalir di

dalam tube sedang fluida yang lain mengalir di ruang antara tube bundle dan

shell. Heat exchanger tipe shell and tube paling umum digunakan dalam

industri karena memiliki beberapa keuntungan , diantaranya :

• Memiliki permukaan perpindahan panas per satuan volume yang lebih

besar.

• Mempunyai susunan mekanik yang baik dengan bentuk yang cukup baik

untuk operasi bertekanan .

• Tersedia dalam berbagai bahan konstruksi, dimana dapat dipilih jenis

material yang dipergunakan sesuai dengan temperatur dan tekanan operasi.

• Dapat digunakan dalam rentang kondisi operasi yang lebar.

• Prosedur pengoperasian lebih mudah.

• Konstruksinya dapat dipisah-pisahkan satu sama lain, tidak merupakan

satu kesatuan utuh, sehingga pengangkutannya relatif mudah.

• Mudah dalam pembersihan .

Komponen penyusun Heat Exchanger jenis shell and tube adalah :

a) Shell

Merupakan bagian tengah alat penukar panas dan tempat untuk tube

bundle. Antara shell dan tube bundle terdapat fluida yang menerima atau

melepaskan panas .

b) Tube

Merupakan pipa kecil yang tersusun di dalam shell yang merupakan

tempat fluida yang akan dipanaskan ataupun didinginkan. Tube tersedia

dalam berbagai bahan logam yang memiliki harga konduktivitas panas

besar sehingga hambatan perpindahan panasnya rendah .

6

c) Tube sheet

Komponen ini adalah suatu flat lingkaran yang fungsinya memegang

ujung-ujung tube dan juga sebagai pembatas aliran fluida di sisi shell dan

tube.

Gambar 2.2 Kontruksi Shell and Tube Exchanger

d) Tube pitch

Tube pitch adalah jarak center-to-center diantara tube-tube yang

berdekatan .Lubang tube tidak dapat dibor dengan jarak yang sangat dekat,

karena jarak tube yang terlalu dekat akan melemahkan struktur penyangga

tube. Jarak terdekat antara dua tube yang berdekatan disebut clearance.

Tube diletakkan dengan susunan bujur sangkar atau segitiga seperti terlihat

pada gambar berikut:

Gambar 2.3 Tubes Layout yang umum pada HE

e) Tube side channels and nozzle

Berfungsi untuk mengatur aliran fluida pada sisi tube.

f) Channel cover

Merupakan bagian penutup pada konstruksi heat exchanger yang dapat

dibuka pada saat pemeriksaan dan pembersihan alat.

g) Pass divider

Komponen ini berupa plat yang dipasang di dalam channel untuk

membagi aliran fluida tube .

7

h) Baffle

Pada umumnya tinggi segmen potongan dari baffle adalah seperempat

diameter dalam shell yang disebut 25% cut segemental baffle. Baffle

tersebut berlubang-lubang agar bisa dilalui oleh tube yang diletakkan pada

rod-baffle . Baffle digunakan untuk mengatur aliran lewat shell sehingga

turbulensi yang lebih tinggi akan diperoleh .

Gambar 2.4 Segmental baffle

C. Analisa Kinerja Heat Exchanger Untuk menganalisa kinerja suatu Heat Exchanger, parameter-parameter yang

dapat dipakai adalah:

1. Overall Coefficient of Heat transfer (U)

Overall heat transfer coefficient merupakan koefisien panas menyeluruh

yang menunjukkan kemampuan seluruh sistem untuk memindahkan panas

sehingga mempengaruhi total laju perpindahan panas .

Situasi yang cukup berperan dalam perpindahan panas adalah sifat

turbulensi aliran . Aliran turbulen yang memiliki bilangan Reynolds lebih

besar dari 2100 memiliki laju perpindahan panas lebih besar daripada

aliran laminar, sehingga kebanyakan alat penukar panas dioperasikan

dalam daerah turbulen ini ( McCabe , 1987 ) .

2. Efektifitas Panas ( ε )

Efektifitas panas adalah rasio dari kuantitas panas yang dipindahkan oleh

fluida terhadap nilai kuantitas panas maksimum yang dapat dipindahkan

oleh fluida tersebut ( Kern , 1950 ) . Efektifitas panas dapat didefinisikan

pula sebagai panas yang termanfaatkan oleh fluida terhadap panas

masukan yang dapat dimanfaatkan secara maksimum .

III. PELAKSANAAN TUGAS KHUSUS

Dalam pelaksanaan tugas khusus ini, tahapan awal yang dilakukan adalah

pengumpulan data-data yang diperlukan dalam perhitungan . Data spesifikasi alat

diperoleh dari Heat Exchanger Specification Sheet , sedangkan data operasi

diperoleh dari Laporan Analisa Harian Laboratorium Kontrol I-B dan Display

Control System Monitor pada tanggal 20 Agustus 2007 .

Langkah-langkah yang di tempuh untuk mengevaluasi kinerja Ammonia

converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) dalam pelaksanaan tugas khusus

ini yaitu dengan cara menghitung Overall Coefficient of Heat transfer (U) dan

efektifitas panas ( ε ) .

Tahapan perhitungan : A. Menghitung Physical Properties Fluida pada bagian shell dan tube

(Cp,µ,k,ρ,s)

Untuk mengevaluasi kinerja ammonia converter feed / effluent exchanger (A-

121-C) diperlukan data properti fisis fluida , yaitu : fraksi mol ( y ) , fraksi

berat ( w ) , viskositas ( µ ) , kapasitas panas ( Cp ) , konduktivitas termal ( k )

densitas ( ρ ) dan specific gravity ( s ) .Data properti fisis fluida untuk fluida

nonviscous ( µ < 1 cp ) dihitung pada suhu rata-rata fluida ( Kern , 1950 ) .

Berdasarkan Heat Exchanger Specification Sheet , viskositas fluida pada

ammonia converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) berada pada range

0,0168 – 0,0224 cp , sehingga data properti fluida dihitung pada suhu rata-rata

(Tav dan t av)

Tav = 2

21 TT + .......................................................................... (Kern , 1950)

9

1. Perhitungan fraksi mol ( yi ) dan fraksi berat ( wi )

Perhitungan fraksi mol ( yi ) dan fraksi berat ( wi ) dihitung berdasarkan %

volume fluida .

• Volum fluida = % volum x basis perhitungan

• Mol = volum ÷ 22,4

• % Mol ( yi ) = ∑ i

i

molmol

• Massa = mol x BM

• % Massa ( wi ) = ∑ i

i

massamassa

2. Perhitungan kapasitas panas ( Cp )

• Menghitung kapasitas panas komponen ( Cp ) :

Cp = A +BT + CT2 + DT3 ................................... (Coulson , 1989 )

A, B, C, dan D diperoleh dari App.D Coulson

Atau

Cp komponen dapat dilihat dari figure . 3 ( Kern , 1950 )

• Menghitung Cp campuran (Cp mix )

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

3. Perhitungan viskositas ( µ )

• Menghitung viskositas komponen ( µ ) :

µ tiap komponen diperoleh dari figure .15 Kern

• Menghitung viskositas campuran ( µ mix ) :

mixµ1 =

2

2

1

1

µµww

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

Dimana :

w1 , w2= fraksi massa komponen 1 dan 2

µ1 , µ2 = viskositas komponen 1 dan 2

4. Perhitungan konduktivitas termal ( k )

• Menghitung konduktivitas termal komponen ( k ) :

k tiap komponen diperoleh dari interpolasi tabel . 5 Kern dan

program chemCAD

10

• Menghitung konduktivitas termal campuran ( k mix ) :

k mix = k1 w1 + k2 w2 ............................................ (Coulson , 1989 )

Dimana :

w1 , w2= fraksi massa komponen 1 dan 2

k1 , k2 = konduktivitas termal komponen 1 dan 2

B . Menghitung neraca panas fluida ( Q s = Q t ) Q shell = W Cp ∆ T ............................................................. ( Kern , 1950 )

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

( ) ( )( ) ( ){ }1221

1221

/ln tTtTtTtT

LMTD−−−−−

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

Lewatan shell dan tube yaitu 1 pass maka tidak ada faktor koreksi (FT)

terhadap LMTD, sehinga

LMTDt =∆ .............................................................. ( Kern, 1950 )

D. Menghitung Temperatur Kalorik (Tc dan tc) Temperatur kalorik ditafsirkan sebagai temperatur rata-rata fluida yang

terlibat dalam pertukaran panas di dalam penukar panas.

)( 212 TTFTT cc −+= ............................................................. ( Kern, 1950 )

)( 121 ttFtt cc −+= ................................................................ ( Kern, 1950 )

Dari Fig.17 Kern didapat harga cK dan cF dengan perbandingan thtc

∆∆

21

12

tTtT

tt

h

c

−−

=∆∆

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

Tetapi jika nilai viskositas kedua fluida kurang dari 1 (µ < 1) maka temperatur

kalorik sama dengan temperatur rata-ratanya (Tc = Tav dan tc = tav) dan nilai

1=Φs ; 1=Φt .

Ione

Text Box

C.

11

E . Menghitung Koefisien Perpindahan Panas pada Bagian Tube (hi dan hio)

a) Menghitung daerah aliran yang tegak lurus di dalam Tube (at)

ntaNa t

t ⋅⋅

=144

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

Dimana:

TN = Jumlah tube

ta' = Flow area per tube (in 2), diperoleh dari Tabel 10 Kern

n = Jumlah tube passes

b) Menghitung laju alir fluida dingin (Gt)

Gt= ta

w ( Kern , 1950)

Gt = mass velocity fluida dingin

c) Menghitung Reynold Number (Ret)

Ret = µGtD. ..................................................................... ( Kern, 1950 )

Ret = Bilangan Reynold pada bagian tube (tidak bersatuan)

D = ID tube (ft) , diperoleh dari Tabel 10 Kern

d) Menghitung nilai Thermal Function

31

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅

kcP µ ....................................................................... ( Kern, 1950 )

e) Perhitungan Inside Film Coefficient( ho)

( ) ti Dk

kcNh Φ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

3/18,0

Re023,0 µ ............................. ( McCabe , 1987 )

12

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

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

T

s PBxCxIDa '

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

Dimana:

ID = Diameter bagian dalam shell

C’ = Clearance = PT – OD tube

PT = Tube Pitch

B = Baffle Spacing

f) Shell side equivalent diameter ( De )

Untuk Triangular Pitch :

( )[ ]do

doPxPxD

TTe

π

π

21

21

4186,02

14 2−= ..................... ( Kern , 1950)

do = Outside Diameter tube

g) Menghitung laju alir fluida dingin (Gs)

Gs = Sa

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

G s = mass velocity fluida pada sisi bagian shell

a s = cross flow area pada bagian shell

h) Menghitung Reynold Number (Ret)

Res = µGsDe. ................................................................... ( Kern, 1950 )

Res = Bilangan Reynold pada bagian shell (tidak bersatuan)

De = Shell side equivalent diameter

i) Menghitung nilai Thermal Function

31

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅

kcP µ

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

13

j) Perhitungan Outside Film Coefficient( ho)

( ) so Dek

kcNh Φ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

3/18,0

Re023,0 µ ........................... ( McCabe , 1987 )

G . Menghitung Overall Coefficient of Heat transfer (U) Berdasarkan luas permukaan bagian dalam ( Ui )

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

ODID

hoDID

Kx

hi

U

Lm

wi 11

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

Berdasarkan luas permukaan bagian luar ( Uo )

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

IDOD

hiDOD

Kx

ho

U

Lm

wo 11

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

Dimana :

K m = konduktivitas termal material ( Tabel 3 Kern )

DL = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

IDODLn

IDOD

x w = Thickness tube H . Menghitung efektifitas panas ( ε )

( )( )11

21

tTWCpTTWCp

−−

=ε ................................................................. ( Kern, 1950 )

IV. HASIL PERHITUNGAN Perbandingan data desain dan perhitungan aktual dari evaluasi kinerja Ammonia

Converter Feed / Effluent Exchanger (A-121-C ) pada tanggal 20 Agustus 2007 ,

dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 4.1 Data Desain dan Perhitungan Aktual .

Data Desain Aktual

Shell Tube Shell Tube

Temperatur inlet,oC 261,5 49 242,24 53,43

Temperatur outlet,oC 63,81 238,4 66,2461 220,105

U , Cmkcal/h o 2 779 Ui = 623 , 94

Uo = 501,1159

% efektifitas panas (ε) 93,03 93,21

V. PEMBAHASAN

Ammonia converter feed / effluent exchanger ( A-121-C ) pada unit sintesis

amonia adalah heat exchanger yang berfungsi menaikkan temperatur umpan pada

ammonia converter ( ammonia converter feed ) , sehingga sesuai dengan

temperatur yang dibutuhkan untuk sintesis amonia dalam converter . Energi yang

dibutuhkan untuk menaikkan temperatur umpan converter pada bagian tube ini

diperoleh dari pertukaran panas menggunakan keluaran ammonia converter

(ammonia converter effluent ) yang mengalir di dalam shell heat exchanger .

Kinerja yang baik dari heat exchanger A-121-C diperlukan agar temperatur

umpan ammonia converter sesuai dengan yang dibutuhkan pada sintesis amonia di

dalam converter . Untuk mengetahui kelayakan operasinya maka kinerja heat

exchanger harus senantiasa dievaluasi . Evaluasi ini dapat dilakukan terhadap nilai

koefisien perpindahan panas menyeluruh (U ) dan efektifitas panas (ε) .

A . Overall coefficient of heat transfer ( U )

Koefisien perpindahan panas menggambarkan mudah atau tidaknya panas

berpindah dari fluida panas ke fluida dingin . Faktor-faktor yang berpengaruh

adalah proses perpindahan panas , data properti fisis fluida (densitas,

viskositas, panas jenis, konduktivitas termal , specific gravity ) pada

temperatur rata-rata , laju alir massa dan mass velocity .

16

Berdasarkan perhitungan , nilai Overall coefficient of heat transfer ( U )

aktual pada bagian dalam ( Ui ) yaitu 623 , 94 kcal / h m2 oC dan pada bagian

luar ( Uo ) yaitu 501,1159 kcal / h m2 oC sedangkan nilai overall coefficient of

heat transfer ( U ) desain yaitu sebesar 779 kcal/h m2oC . Adanya penurunan

koefisien perpindahan panas menyeluruh ini menunjukkan sudah terdapat

pengotor pada A-121-C yang tentu saja akan mengurangi laju perpindahan

panas antara ammonia converter feed dan ammonia converter effluent .

B. Efektifitas Panas ( ε )

Efektifitas panas dapat didefinisikan pula sebagai panas yang termanfaatkan

oleh fluida terhadap panas masukan yang dapat dimanfaatkan secara

maksimum .

Berdasarkan perhitungan diperoleh efektifitas panas aktual sebesar 93,21 %

sedangkan efektifitas panas desain yaitu 93,03 % . Hal ini menunjukkan

bahwa panas masukan dapat termanfaatkan cukup baik , dimana dapat dilihat

nilai efektifitas panas pada kondisi aktual sedikit lebih besar dibandingkan

dengan keefektifan panas pada kondisi desain .

Laju alir massa pada A-121-C pada keadaan aktual terdapat peningkatan yang

cukup besar , hal ini dapat dilihat pada Tabel 5.1 . Hal ini berpengaruh pada

efektifitas panas pada keadaan aktual yang masih baik . Walaupun Overall

coefficient of heat transfer ( U ) pada keadaan aktual lebih kecil dibandingkan

desain , tetapi suplai laju alir massa pada keadaan aktual yang lebih besar ,

memberikan panas masukan yang lebih banyak sehingga panas yang dapat

termanfaatkan oleh fluida menjadi lebih banyak pula .

Tabel . 5.1 Laju Alir Massa Desain dan Aktual A-121-C

Spesifikasi Desain Aktual Shell ( W ) Tube ( w ) Shell ( W ) Tube ( w )

Laju alir massa ( kg/h )

196.040 196.040 252.624,5262 245.773,11

VI . SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan Berdasarkan data hasil perhitungan dan pembahasan pada Ammonia Converter

Feed / Effluent Exchanger (A-121-C ) , dapat disimpulkan, bahwa :

1. Koefisien perpindahan panas menyeluruh (U) Ammonia Converter Feed /

Effluent Exchanger(A-121-C)pada kondisi aktual mengalami penurunan yaitu

pada bagian dalam ( Ui ) 623 , 94 kcal / h m2 oC dan pada bagian luar ( Uo )

yaitu 501,1159 kcal / h m2 oC , dibawah kondisi desain sebesar 779 kcal / h

m2 oC .

2. Efektifitas panas (ε) Ammonia Converter Feed/Effluent Exchanger (A-121-C)

masih sangat baik dimana perhitungan ε pada kondisi aktual sebesar 93,21 %

sedikit lebih tinggi dari efektifitas panas pada kondisi desain sebesar 93,03 %.

B. Saran 1. Nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh (U) pada kondisi aktual yang

lebih rendah dari kondisi desain menunjukkan kinerja Ammonia Converter

Feed/Effluent Exchanger mengalami penurunan yang ditimbulkan oleh

adanya pengotor pada permukaan perpindahan panas , sehingga dapat

diminimalisasi dengan melakukan pembersihan pada exchanger .

2. Akan tetapi ditinjau dari efektifitas panas (ε) Ammonia Converter

Feed/Effluent Exchanger (A-121-C) dimana nilai pada kondisi aktual lebih

tinggi dari kondisi desain , menunjukkan bahwa panas masukan masih dapat

termanfaatkan cukup baik sehingga harus tetap dipertahankan .

DAFTAR PUSTAKA

Coulson, J.M., and Richardson,J.F. 1989. Chemical Engineering . Pergamon Press,Inc . New York . Vol .6.

Geankoplis and J. Christi, 1993. Transport Processes and Unit Operation, Prantice-Hall International Inc, United States of America, Third Edition.

Hewitt, G.F. Process Heat Transfer . 1977. Mc Graw Hill Book Company. Co-Singapore . International Edition .

Incopera, Frank P and Dewwit, David, 1999. Fundamental of Heat and Mass Transfer. John Wiley and Sons Inc . New York . Fifth Edition .

Kern, Donald Q. 1950. Process Heat Transfer . Mc Graw Hill Book Company. New York.

Lienhard IV , John H and John H Lienhard V . 2001 . A Heat Transfer Textbook Third Edition . Phlogiston Press . Cambridge Massachusetts .

Perry, R.H. and Green, D .1999 . Perry’s Chemical Engineerings Hand Book, 6th ed . Mc Graw-Hill Book Company, New York.

Purba, Elida. 2005. Diktat Kuliah Alat Penukar Panas. Universitas Lampung. Bandar Lampung.

Smith , J.M . H . C . Van Ness and M.M . Abbott . 2001 .Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics Sixth Edition . Mc Graw Hill Book Company Singapore .

LAMPIRAN A

Perhitungan Evaluasi Kinerja A-121-C


Tanggal 20 Agustus 2007

Perhitungan Evaluasi Kinerja A-121-C


Tanggal 20 Agustus 2007

Spesifikasi Peralatan (Heat Exchanger Specification Sheet ) :

Item Spesifikasi

Lewatan shell , pass 1

Lewatan tube , pass 1

ID shell (Ds) , mm 1.200

Jumlah tube (NT) , buah 2.457

Panjang tube , mm 20.422

OD tube (Do) , mm 12,7

Thickness tube , mm 1,24

Tube pitch (PT) , mm 17,5

Baffle spacing (Lb) , mm 1.194

Jumlah baffle , buah 16

% baffle cut , % 23,5

Panjang shell , mm 20.422

Tube-to-baffle diametral clearance (∆tb), mm 0,4

Number of sealing strips , buah 16

Tekanan operasi shell , kg/cm2G 140

Tekanan operasi tube , kg/cm2G 143,8

Fluida panas dalam shell Ammonia Converter Effluent

Fluida panas dalam tube Ammonia Converter Feed

Data Kondisi Operasi Aktual pada 20 Agustus 2007

Display Control System Monitor

item Kondisi

laju alir fluida panas ( W ) , kNm3/h 474,457

suhu masuk fluida panas (T1) , oC 242,24

suhu keluar fluida panas (T2) , oC 66,2461

suhu masuk fluida dingin (t1) , oC 53,4323

suhu keluar fluida dingin (t2) , oC 220,105

Laporan Analisa Harian Laboratorium Kontrol I-B

Komponen % Volum

Inlet ( tube ) Outlet ( Shell )

Shift(WIB) 07.00 15.00 23.00 Avg 07.00 15.00 23.00 Avg

Argon 5,94 5,83 6,16 5,9767 6,71 6,58 6,8 6,697

N2 20,70 20,22 21,18 20,7 16,74 16,58 16,73 16,683

CH4 4,5 4,39 4,27 4,3867 5,08 4,89 4,91 4,96

H2 67,43 68,08 66,94 67,4833 55,9 56,21 55,86 55,99

NH3 1,43 1,48 1,45 1,4533 15,57 15,74 15,7 15,67

A. Menghitung Physical Properties Fluida pada bagian shell dan tube

(Cp,µ,k,ρ,s)

Data Properti fisis fluida pada bagian shell

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

• Perhitungan fraksi mol ( yi )

Komponen %Volavg Vol

(basisx%vol)

Mol

(vol÷22,4)

Fraksi

mol (yi)

Argon 6,697 6,697 0,29897 0,06697

N2 16,683 16,683 0,744776 0,16683

CH4 4,96 4,96 0,221428 0,0496

H2 55,99 55,99 2,4995 0,5599

NH3 15,67 15,67 0,69955 0,1567

Total ∑ 100 100 4,46405 1

Basis = 100 liter

• Perhitungan fraksi massa ( wi )

Komponen Mol

BM Massa

(molxBM)

Fraksi massa

( wi)

Argon 0,29897 39,948 11,9433 0,224

N2 0,744776 28,013 20,8634 0,391

CH4 0,221428 16,043 3,5524 0,067

H2 2,4995 2,016 5,0389 0,0945

NH3 0,69955 17,031 11,914 0,2235

Total ∑ 4,46405 53,312 1

• Perhitungan T avg

Tavg = 2

21 TT + = 2

2461,6624,242 CC oo +

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



Cp Argon = A +BT + CT2 + DT3 ........................ (Coulson , 1989 )

A,B,C,D diperoleh dari App.D Coulson dan T = 427,39305 K

A = 20,804 ; B = -3,211 x 10-5 ; C = 5,166 x 10 -8 ; D = 0

Cp Argon = 20,804 +-3,211 x 10-5 T + 5,166 x 10 -8T2 + 0 T3

= 20,799 J/mol K = 0,5207 J/g K = 520,7 J/Kg K

= 0,1244 Btu/lb oF

Cp komponen N2 CH4 H2 NH3 diperoleh dari figure . 3 Kern , 1950

Komponen Fraksi massa(wi) Cp i ( Btu/lb oF)

Argon 0,224 0,1244

N2 0,391 0,255

CH4 0,067 0,64

H2 0,0945 3,45

NH3 0,2235 0,555


Cp mix = wa Cpa + wb Cpb + wc Cp c

= ∑ wi Cpi

= 0,621 Btu/lboF =0,621 kcal/Kg oC




Komponen Fraksi massa( wi) µ i ( cp )

Argon 0,224 0,0289

N2 0,391 0,023

CH4 0,067 0,0145

H2 0,0945 0,0113

NH3 0,2235 0,0145


mixµ1 =

2

2

1

1

µµww

+

= 0,018815 cp = 0,018815 x 10-3 Kg/m s = 0,04553 lb / ft h




program chemCAD

Komponen Fraksi massa( wi) k i ( Btu/h ft oF )

Argon 0,224 0,01358

N2 0,391 0,02041

CH4 0,067 0,02931

H2 0,0945 0,14075

NH3 0,2235 0,02155


k mix = k1 w1 + k2 w2

= ∑ ki wi

= 0,031099 Btu / h ft oF = 1,28641 x 10 -4 cal / s cm oC

= 0,046 kcal / h m oC

Data Properti fisis fluida pada bagian tube

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

• Perhitungan fraksi mol ( yi )

Komponen %Volavg Vol

(basisx%vol)

Mol

(vol÷22,4)

Fraksi

mol (yi)

Argon 5,9767 5,9767 0,2668 0,0598

N2 20,7 20,7 2,9241 0,207

CH4 4,3867 4,3867 0,1958 0,0439

H2 67,4833 67,4833 3,0126 0,6748

NH3 1,4533 1,4533 0,0649 0,0145

Total ∑ 100 100 4,4642 1

Basis = 100 liter

• Perhitungan fraksi massa ( wi )

Komponen Mol

BM Massa

(molxBM)

Fraksi massa

( wi)

Argon 0,2668 39,948 10,6581 0,2274

N2 2,9241 28,013 25,8868 0,5524

CH4 0,1958 16,043 3,1412 0,067

H2 3,0126 2,016 6,0734 0,1296

NH3 0,0649 17,031 1,1053 0,0236

Total ∑ 4,4642 46,8648 1

• Perhitungan t avg

tavg = 2

21 tt + =

2105,22043,53 CC oo +

= 136,7675 oC = 278,1814999 oF = 409,9175 K



Cp Argon = A +BT + CT2 + DT3

A,B,C,D diperoleh dari App.D Coulson dan t = 409,9175 K

A = 20,804 ; B = -3,211 x 10-5 ; C = 5,166 x 10 -8 ; D = 0

Cp Argon = 20,804 +-3,211 x 10-5 T + 5,166 x 10 -8T2 + 0 T3

= 20,7995 J/mol K = 0,52066 J/g K = 520,6648 J/Kg K

= 0,12436 Btu/lb oF

Cp komponen N2 CH4 H2 NH3 diperoleh dari figure . 3 Kern , 1950

Komponen Fraksi massa(wi) Cp i ( Btu/lb oF)

Argon 0,2274 0,12436

N2 0,5524 0,2496

CH4 0,067 0,61368

H2 0,1296 0,35

NH3 0,0236 0,54835


Cp mix = wa Cpa + wb Cpb + wc Cp c

= ∑ wi Cpi

= 0,674 Btu/lboF =0,674 kcal/Kg oC




Komponen Fraksi massa( wi) µ i ( cp )

Argon 0,2274 0,02913

CH4 0,067 0,014459

H2 0,1296 0,011046

N2 0,5524 0,022536

NH3 0,0236 0,0141998


mixµ1 =

2

2

1

1

µµww

+

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




program chemCAD

Komponen Fraksi massa( wi) k i ( Btu/h ft oF )

Argon 0,2274 0,0132

N2 0,5524 0,0190426

CH4 0,067 0,0298

H2 0,1296 0,126799

NH3 0,0236 0,02263


k mix = k1 w1 + k2 w2

= ∑ ki wi

= 0,032 Btu / h ft oF = 1,3435 x 10 -4 cal / s cm oC

= 0,0484 kcal / h m oC

B. Menghitung Neraca Panas Fluida (Qs =Qt)

• Shell

W = 475,457 kNm3/h

= 475.457 k N liter / h

= 475.457 / 22,4 Kgmol / h x BM

= 21.225,759 Kgmol / h x 11,90179 Kg/Kgmol

= 252.624,5262 Kg/h

= 70,1735 Kg / s

Qs = W x Cp x (T1-T2 )

= 252.624,5262 kg / hr x 0,621 kcal/Kg oC x (242,24oC-66,2461oC)

= 27.609.893,25 kcal / h

= 109.563.068,4 Btu / h

• Tube

Qt = w x cp x (t2-t1)

w = ).( 12 ttCp

Q−

= )43,53105,220)( C kcal/Kg 0,674(

/25,893.609.27o CC

hkcaloo −

= 245.773,11 Kg/h

= 541.831,4 lb/h

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

LMTDxFt T=∆

Untuk alat perpindahan panas dengan aliran counterflow :

LMTD =

)()(ln

)()(

12

21

1221

tTtT

tTtT

−−

−−−

LMTD =

)43,532461,66()105,22024,242(ln

)43,532461,66()105,22024,242(

−−

−−− = 17,0533 oC

Lewatan shell dan tube yaitu 1 pass maka tidak ada faktor koreksi (FT)

terhadap LMTD, sehinga

LMTDt =∆ = 18,6378 oC

D. Menghitung Temperatur Kalorik (Tc dan tc)

viskositas kedua fluida kurang dari 1 ( µ < 1 cp ) maka temperatur kalorik

sama dengan temperatur rata-ratanya (Tc = Tav dan tc = tav) dan nilai 1=Φs ;

1=Φt

E. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas dan Pressure Drops (∆PT) pada

bagian Tube (Metode Kern)

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

ntaNa t

t ⋅⋅

=144

'

ta' = 0,127 in2 ( Tabel 10 Kern )

1144127,02457

××

=ta = 2,167 ft2

b) Menghitung mass velocity fluida dingin (Gt)

Gt = ta

w

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

Gt = mass velocity fluida dingin (lb/hr.f2)

c) Menghitung Reynold Number (Ret)

Ret = µGtD.

= hftlb

hftlbft./048,0

/250.037,560335,0 2× = 174.505,38

• Thickness tube = 1,24 mm = 0,049 in

• D = ID tube = 0,402 in = 0,0335 ft = 0,0102 m

( Tabel 10 Kern )

d) Menghitung nilai Thermal Function

31

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅

kcP µ

= 3

1

../032,0./048,0/674,0⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ×FfthBtu

hftlbFlbBtuo

o

= 1,004

e) Perhitungan Corrected Inside Film Coefficient( hio)

( ) ti Dk

kcNh Φ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

3/18,0

Re023,0 µ

= ( ) ( ) 1.0102,0

/0484,0004,1174.505,38023,0 8,0⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛m

Chmkcal o

= 1710,62 kcal/m2 h oC

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

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

T

s PBxCxIDa '

=

mmxmxmas 0175,0

194,10048,02,1= = 0,39299

Dimana:

C’ = PT – OD = 0,0175 m – 0,0127 m = 0,0048 m

f) Shell side equivalent diameter ( De )

Untuk Triangular Pitch :

( )[ ]do

doPxPxD

TTe

π

π

21

21

4186,02

14 2−= ..................... ( Kern , 1950)

( )[ ]0127,02

10127,02

14

10175,0.86,00175,0.214 2

π

π−=

xxDe

= 0,02629 m

g) Menghitung laju alir fluida dingin (Gs)

Gs = Sa

W = 239299,0/5262,624.252

mhkg = 642.816,1072 kg/h m2

h) Menghitung Reynold Number (Ret)

Res = µGsDe. =

mskgxs

hxhmkgxm

/10018815,0600.3

1/1072,816.64202629,03

2

−

= 249.500,0363

i) Menghitung nilai Thermal Function

31

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅

kcP µ =

31

o

3-o

C mh / kcal 0,046

1

3600 s Kg/m 100,018815x Ckcal/Kg 0,621

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛ ××h

s

= 0,9706

j) Perhitungan Outside Film Coefficient( ho)

( ) so Dek

kcNh Φ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

3/18,0

Re023,0 µ

( ) ( ) 1.02629,0

/046,09706,00363,500.249023,0 8,0

mChmkcalh

o

o =

= 811,7026 kcal/m2 h oC

G . Menghitung Overall Coefficient of Heat transfer (U) Berdasarkan luas permukaan bagian dalam ( Ui )

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

ODID

hoDID

Kx

hi

U

Lm

wi 11

1

=

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛+

mm

Chmkcalmm

CmhkcalChmkcal ooo 0127,00102,0

/7026,8111

0114,00102,0

/69,38m 0,00124

/62,17101

1

22

= 623 , 94 kcal/m2 h oC

Berdasarkan luas permukaan bagian luar ( Uo )

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

IDOD

hiDOD

Kx

ho

U

Lm

wo 11

1

=

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛+

mm

Chmkcalmm

CmhkcalChmkcal ooo 0102,00127,0

/62,17101

0114,00127,0

/69,38m 0,00124

/7026,8111

1

22

= 501,1159 kcal/m2 h oC

Dimana :

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

DL = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

IDODLn

IDOD = ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛−

0102,00127,0

0102,00127,0

Ln= 0,0114 m

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

( )( )11

21

tTWCpTTWCp

−−

=ε = ( )( )11

21

tTTT

−−

Efektifitas Panas ( ε ) Desain =

( )( )495,261

81,635,261−−

=Desainε = 0,9303 x 100% = 93,03 %

Efektifitas Panas ( ε ) Aktual =

( )( )4323,5324,242

2461,6624,242−−

=Aktualε = 0,9321 x 100% = 93,21 %

LAMPIRAN B

“Aliran Fluida pada “Ammonia Converter Feed / Effluent Exchanger ( A-121-C )”

“Heat Exchanger Specification Sheet”

“Laporan Analisa Harian Laboratorium Kontrol I-B”

“Display Control System Monitor Report”

Gambar Aliran sekitar A-121-C

BAGIAN LABORATORIUM No. Form : LAB - Halaman :

BIRO PENGAWASAN PROSES Tanggal Terbit : No. Revisi :

LAPORAN ANALISA HARIAN LAB. KONTROL I-B Tanggal : 20 AGUSTUS 2007

PABRIK AMMONIA K-IB G r o u p : C / A / D

ANALISA A-144F, IN

ANALISA A-101-B, Catalyst A-102-C, Shell Side A 104-D2 102-F 102-E

Natural Gas HTS LTS absbr CO2 JAM 07 JAM 07 15 23 07 15 23 07 07

CO2 vol, % 2.40 CO2 vol, % 11.06 10.55 10.81 8.90 8.08 8.19 17.03 18.85 TRC 98.84

H2 vol, % trc CO vol, % 8.27 8.31 8.33 10.93 11.45 11.13 2.00 0.15 0.19 TRC

Ar vol, % 0.03 Ar vol, % 0.01 0.03 0.02 0.28 0.27 0.26 0.04

N2 vol, % 1.68 N2 vol, % 0.63 0.78 0.62 23.07 21.56 21.59 0.31

CH4 vol, % 94.27 100.00 100.00 CH4 vol, % 11.04 11.00 10.05 0.21 0.20 0.16 TRC

C2H6 vol, % 0.97 H2 vol, % 68.99 69.33 70.17 56.61 58.44 58.67 0.81

C3H8 vol, % 0.40 ANALISA

108-D 108 DA/B

109 DA/B

FLUE GAS ANALISA

AMMONIA

i-C4 vol, % 0.09 IN OUT OUT OUT 101-BJ 101-B 124-J 113-J

n-C4 vol, % 0.10 JAM 21 16 19 JAM 07

i-C5 vol, % 0.04 CO2 vol, % NH3 wt, % 99.98 99.98

n-C5 vol, % 0.02 O2 vol, % H2O wt, % 0.02 0.02

H2S vol,ppm 3.56 H2O vol, ppm Fe wt, ppm

H2 vol, % Oil wt, ppm

H2S vol, ppm 2.34 trc trc

ANALISA 104-F 114-C A-121-C 103-L Fuel Gas 104-E

INLET OUTLET S-1029C

S-1058C

S-1065C 103-E 104-E IN OUT

JAM 15 07 15 23 07 15 23 15 15

CO2 vol, %

CO vol, %

Ar vol, % 1.12 0.58 5.94 5.83 6.16 6.71 6.58 6.80 13.67 2.98 9.52 8.23 8.21

N2 vol, % 24.31 24.53 20.70 20.22 21.18 16.74 16.58 16.73 59.06 5.28 17.87 18.85 21.26

CH4 vol, % 0.69 0.40 4.50 4.39 4.27 5.08 4.89 4.91 17.48 1.34 5.37 5.78 5.76

H2 vol, % 73.88 74.49 67.43 68.08 66.94 55.90 56.21 55.86 9.79 90.40 67.24 65.24 64.77

NH3, vol, %, ppm 1.43 1.48 1.45 15.57 15.74 15.70 1.90 34

Ratio H2/N2 3.04 3.04 3.26 3.37 3.16 3.34 3.39 3.34 ppm

ANALISA 101-U , Out A-101 -F

aMDEA 107-J A-108-J, suc Deaerator Blow Down OUT

JAM 07 15 23 07 15 23 JAM 07 15 23

pH - 9.6 9.4 9.7 9.3 9.3 9.5 a MDEA wt, % 42.55 40.18 40.01 39.93

Cond µmhos 3.0 3.0 4.0 4.0 5.0 13.0 T. Fe wt,ppm 10.8 9.6 9.6 9.2

PO4 ppm 0.21 0.21 0.21 F. Test ml 170 190 180 190

H-6060 ppm 0.000 C.Time Sec 10 12 12 13

SiO2 ppm 0.07 pH 11.0

Cl- ppm 0.00

Fe ppm 0.00

ANALISA AIR BUANGAN

A3

JAM 15

PH 8.6

NH3 wt,

ppm 2.36

UREA wt, ppm -

To : Ka. Bag. Teknik Proses Ka.Bid. Laboratorium Control

Cc : Shift Pagi : …………………………………

- Ka. Biro Peng. Proses

- Ka. Divisi K-IB Shift Sore : …………………………………

- Ka. Bag. Ammonia I-B

- Arsip Shift Malam : ………………………………

nes KP Kujang IB

Documents

Transcript of nes KP Kujang IB