53
BAB II URAIAN PROSES PRODUKSI Unit produksi pada PT. Pupuk Iskandar Muda yang mengolah bahan baku gas alam dan air menjadi pupuk urea di PT. Pupuk Iskandar Muda dibagi menjadi tiga unit, yaitu Ammonia, Urea dan Utilitas. 2.1 Ammonia Proses pembuatan ammonia di PT. Pupuk Iskandar Muda menggunakan teknologi Kellog Brown and Root (KBR) dari Amerika Serikat dengan desain operasi 1200 MTPD. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi ammonia adalah gas alam, steam dan udara. Proses pembuatan ammonia terdiri dari beberapa unit, yaitu : a. Unit persiapan gas umpan baku. b. Unit pembuatan gas sintesa. c. Unit pemurnian gas sintesa. d. Unit sintesa ammonia. e. Unit pendinginan ammonia. f. Unit daur ulang ammonia. g. Unit daur ulang hidrogen. h. Unit pembangkit steam. 2.1.1 Unit Persiapan Gas Umpan Baku Gas alam dari PT. Exon Mobil dialirkan ke dalam Fuel and Feed Gas Knock Out Drum (61-200-F) untuk memisahkan senyawa hidrokarbon berat. Dari KO Drum sebagian gas alam digunakan sebagai bahan bakar dan sebagian lagi sebagai bahan baku proses. Sistem persiapan gas umpan baku terdiri dari beberapa tahapan proses, yaitu penghilangan sulfur, penghilangan mercury, dan penghilangan CO 2. 2.1.1.1 Desulfurizer Gas alam sebagai bahan baku proses dialirkan ke dalam Desulfurizer (61- 201-DA/DB/DC) yang berisikan sponge iron yaitu potongan-potongan kayu yang 3

24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

BAB II

URAIAN PROSES PRODUKSI

Unit produksi pada PT. Pupuk Iskandar Muda yang mengolah bahan baku gas

alam dan air menjadi pupuk urea di PT. Pupuk Iskandar Muda dibagi menjadi tiga

unit, yaitu Ammonia, Urea dan Utilitas.

2.1 Ammonia

Proses pembuatan ammonia di PT. Pupuk Iskandar Muda menggunakan

teknologi Kellog Brown and Root (KBR) dari Amerika Serikat dengan desain operasi

1200 MTPD. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi ammonia adalah gas

alam, steam dan udara.

Proses pembuatan ammonia terdiri dari beberapa unit, yaitu :

a. Unit persiapan gas umpan baku.

b. Unit pembuatan gas sintesa.

c. Unit pemurnian gas sintesa.

d. Unit sintesa ammonia.

e. Unit pendinginan ammonia.

f. Unit daur ulang ammonia.

g. Unit daur ulang hidrogen.

h. Unit pembangkit steam.

2.1.1 Unit Persiapan Gas Umpan Baku

Gas alam dari PT. Exon Mobil dialirkan ke dalam Fuel and Feed Gas Knock

Out Drum (61-200-F) untuk memisahkan senyawa hidrokarbon berat. Dari KO Drum

sebagian gas alam digunakan sebagai bahan bakar dan sebagian lagi sebagai bahan

baku proses.

Sistem persiapan gas umpan baku terdiri dari beberapa tahapan proses, yaitu

penghilangan sulfur, penghilangan mercury, dan penghilangan CO2.

2.1.1.1 Desulfurizer

Gas alam sebagai bahan baku proses dialirkan ke dalam Desulfurizer (61-

201-DA/DB/DC) yang berisikan sponge iron yaitu potongan-potongan kayu yang

3

Page 2: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

telah di impregnasi dengan Fe2O3. Sponge iron berfungsi menyerap sulfur yang ada

dalam gas alam. Masing-masing Desulfurizer mempunyai volume 68,8 M3. Umur

operasinya diperkirakan 90 hari untuk kandungan H2S di dalam gas alam maksimum

80 ppm dan keluar dari Desulfurizer dengan kandungan H2S dalam gas menjadi 5

ppm. Reaksi yang terjadi adalah :

Fe2O3 + 3H2S Fe2S3 + 3H2O

Operasi dilakukan dalam keadaan jenuh dan basa (pH antara 8,0 sampai 8,5).

Keadaan jenuh dimaksud agar H2S dapat teradsorbsi oleh air dan kemudian bereaksi

dengan Fe2O3, sedangkan kondisi basa diperlukan karena sponge iron bersifat basa.

Untuk mencapai keadaan tersebut maka diinjeksikan Na2CO3 sebanyak 4 sampai

10% wt secara berkala.

2.1.1.2 Mercury Guard Vessel

Gas dari Desulfurizer mengalir ke Mercury Guard Vessel (61-202-D) yang

berisi 6,7 M3 katalis Sulfur Impregnated Activated Carbon berfungsi untuk menyerap

Hg yang terdapat dalam gas alam. Mercury dirubah menjadi senyawa Mercury

Sulfida dan kemudian diserap pada permukaan karbon aktif. Diharapkan kandungan

Hg dalam gas setelah penyerapan lebih kecil dari 160 ppb. Reaksi yang terjadi

adalah :

Hg + H2S HgS + H2

2.1.1.3 CO2 Pretreatment Unit (CPU)

CPU berfungsi untuk menurunkan kandungan CO2 pada aliran gas umpan

dari 23% menjadi 4%. Gas CO2 dihilangkan dengan cara penyerapan memakai

larutan activated MDEA (Methyl – Diethanol Amine) dengan konsentrasi 50% Wt

pada temperatur 70 sampai 79oC didalam menara Absorber (61-201-E). Reaksi yang

terjadi adalah :

CO2 + H2O H2CO3

H2CO3 + aMDEA (aMDEA)+(HCO3)-

Gas masuk ke Absorber dari bagian bawah dan larutan aMDEA dari bagian

atas sehingga terjadi kontak langsung antara keduanya. Larutan yang telah mengikat

CO2 diregenerasi di Stripper (61-202-E) selanjutnya di vent ke udara. Selain

mengikat CO2, larutan aMDEA juga mampu mengikat hidrogen sulfida sehingga

4

Page 3: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

produk CO2 hasil regenerasi di CPU tidak dapat digunakan sebagai produk samping

dikarenakan pada proses berikutnya di pabrik urea memerlukan CO2 murni yang

tidak mengandung hidrogen sulfida dan impurities lainnya. Proses penyerapan CO2

dilakukan pada tekanan tinggi dan temperatur rendah sedangkan pelepasan dilakukan

pada tekanan rendah dan temperatur tinggi karena pada kondisi inilah kedua reaksi

diatas berlangsung optimum.

2.1.1.4 Final Desulfurizer

Final Desulfurizer (61-108-D) merupakan vessel yang berisi dua unggun

katalis, bed bagian atas berisi katalis Nickel Molibdate yang berfungsi untuk

mengubah sulfur organik yang terdapat di dalam gas umpan menjadi sulfur

anorganik (H2S) dengan mereaksikannya dengan hidrogen, dan unggun bagian

bawah berisi katalis ZnO yang berfungsi untuk menyerap H2S yang terbentuk dari

unggun pertama. Reaksinya adalah :

RSH + H2 RH + H2S

H2S + ZnO ZnS + H2O

Sebelum masuk ke Final Desulfurizer, tekanan gas dinaikan 39 sampai 44

kg/cm2G dengan Feed Gas Commpressor (61-102-J). Temperatur gas yang masuk ke

Final Desulfurizer 371oC. Bila temperatur di bawah 371oC yaitu pada temperatur

320oC akan terjadi reaksi metanasi yang menyebabkab kenaikan temperatur di Final

Desulfurizer sendiri, sedangkan temperatur di atas 371oC yaitu pada temperatur

400oC akan terbentuk karbamat karena ada kandungan NH3 dalam gas H2 recycle dan

CO2 dalam gas umpan. Kandungan H2S didalam gas outlet Final Desulfurizer

diharapkan lebih kecil dari 0,1 ppm.

2.1.2 Sistem Pembuatan Gas Sintesa

Sistem ini bertujuan untuk mengubah gas yang berasal dari sistem persiapan

gas umpan baku menjadi gas CO, CO2 dan H2 melalui tahapan proses sebagai

berikut:

2.1.2.1 Primary Reformer

Gas proses masuk ke Primary Reformer bersama dengan superheated steam

dengan perbandingan steam dengan karbon 3,2 : 1 untuk mengubah hidrokarbon

menjadi CO, CO2 dan H2. Bila rasio steam dengan karbon lebih kecil dari 3,2

5

Page 4: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

menyebabkan terjadinya reaksi karbonasi (carbon formation atau carbon cracking)

yang mengakibatkan ketidakaktifan katalis karena pemanasan setempat.

Ada dua jenis katalis yang di gunakan untuk kelangsungan reaksi reforming

pada Primary Reformer, yaitu katalis nikel (ICI–25–4 ) dibagian atas dan nikel (ICI–

57–4) pada bagian bawah. Reaksi yang terjadi di Primary reformer adalah sebagai

berikut :

CH4 + H2O CO + 3H2

CO + H2O CO2 + H2

Reaksi pada Primary Reformer berlangsung secara endotermis (menyerap

panas). Sumber panas dihasilkan dari 80 burner dengan tipe pengapian ke bawah

untuk memanaskan 128 tube katalis. Temperatur gas inlet reformer 490oC.

Temperatur reaksi dijaga 823oC pada tekanan 41 kg/cm2G. Jika temperatur lebih

rendah maka reaksi akan bergesar ke arah kiri (reaktan).

Primary Reformer terdiri dari dua seksi, yaitu seksi radiasi dan seksi

konveksi. Pada seksi radian merupakan ruang pembakaran dimana terdapat tube

katalis dan burner. Tekanan di Primary Reformer dijaga -7 mmH2O supaya

perpindahan panas lebih efektif dan api tidak keluar dan untuk menjaga kevakuman

dipakai Induct Draft Fan (61-101-BJ1T). Sedangkan udara pembakaran untuk

burner disuplai oleh Force Draft Fant (61-101-BJ2T).

Seksi konveksi merupakan ruang pemamfaatan panas dari gas buang hasil

pembakaran di radian oleh beberapa coil, yaitu :

a. Mix Feed Coil (61-101-BCX).

b. Proses Air Preheat Coil (61-101-BCA).

c. HP Steam Super Heat Coil (61-101-BCS1).

d. HP steam Super Heat Coil (61-101-BCS2).

e. Feed Gas Preheat Coil (61-101-BCF).

f. BFW Preheat Coil (61-101-BCB).

g. Burner Fuel Heater Coil (61-101-BCP).

h. Combution Air Preheat Coil (61-101-BLI).

2.1.2.2 Secondary Reformer

Untuk menyempurnakan reaksi reforming yang terjadi di Primary Reformer

(61-101-B), gas dialirkan ke Secondary Reformer (61-103-D) yang juga berfungsi

untuk membentuk gas H2, CO dan CO2. Aliran gas ini dicampurkan dengan aliran

6

Page 5: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

udara dari Air Compressor (61-101-J) yang mengandung O2 dan N2. Gas, steam dan

udara mengalir ke bawah melalui suatu unggun yang berisi katalis nikel tipe C14-

2RR dan C14-4GG Reaksinya adalah sebagai berikut :

2H2 + O2 2H2O

CH4 + H2O CO + 3H2

CO + H2O CO2 + H2

Reaksi utama di Secondary Reformer juga merupakan reaksi endotermis,

dengan memamfaatkan sumber panas yang dihasilkan dari pembakaran H2 oleh O2.

Secondary Reformer beroperasi pada temperatur 1287oC dan tekanan 31 kg/cm2G.

Panas yang dihasilkan pembakaran H2 oleh O2 juga dimanfaatkan oleh Secondary

Reformer Waste Heat Boiler (61-101-C) dan High Pressure Steam Superheater (61-

102-C) sebagai pembangkit steam (boiler feed water). Gas yang keluar dari

Secondary Reformer setelah didinginkan oleh dua buah waste heat exchanger

tersebut temperaturnya menjadi 371oC.

2.1.2.3 Shift Converter

Gas CO dalam gas proses yang keluar dari Secondary Reformer diubah

menjadi CO2 pada shift converter yang terdiri atas dua bagian yaitu :

a. High Temperature Shift Converter (61-104 –D1).

b. Low Temperature Shift Converter (61-104 –D2).

High Temperature Shift Converter (HTS) (61-104-D1) beroperasi pada

temperatur 350 sampai 420oC dan terkanan 30 kg/cm2G berisi katalis besi yang

berfungsi mengubah CO dalam proses menjadi CO2 dengan kecepatan reaksi berjalan

cepat sedangkan laju perubahannya (konversi) rendah. Reaksi yang terjadi adalah

sebagai berikut :

CO + H2O CO2 + H2

Gas proses yang keluar dari High Temperature Shift Converter (HTS) (61-

104-D1), sebelum masuk ke LTS (61-104-D2) yang berisi katalis Cu diturunkan

temperaturnya di dalam alat penukar panas. Proses yang terjadi pada LTS (61-104-

D2) sama dengan proses yang ada di High Temperature Shift Converter (HTS).

Kondisi operasi pada LTS yaitu pada tekanan 39 kg/cm2G dan temperatur 246oC

dengan kecepatan reaksi berjalan lambat sedangkan laju perubahannya tinggi.

7

Page 6: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

2.1.3 Unit Pemurnian Gas Sintesa

Pada unit ini CO dan CO2 dipisahkan dari gas sintesa, karena CO dan CO2

dapat meracuni katalis ammonia konverter (61-105-D). Proses pemurnian gas sintesa

ini terdiri dari dua tahap proses, yaitu:

2.1.3.1 Main CO2 Removal

Tujuan dari CO2 removal adalah untuk menyerap CO2 yang terdapat dalam

gas sintesa. CO2 merupakan produk samping (side product) dari pabrik ammonia dan

digunakan sebagai bahan baku pabrik urea. Kemurnian produk CO2 pada seksi ini

adalah 99,9% vol. Unit ini merupakan unit penyerapan CO2 kedua setelah proses

aMDEA pada PT. Pupuk Iskandar Muda.

Peralatan utama main CO2 Removal terdiri dari :

a. CO2 Absorber (61-101-E).

b. CO2 Stripper (61-102-E).

Gas umpan dialirkan ke absorber dan dikontakkan langsung dengan larutan

activated MDEA (Methyl – Diethanol Amine) dengan konsentrasi 40% wt. CO2

dalam gas stream di serap secara proses fisis dan kimia. Kemudian larutan aMDEA

diregenerasi pada tekanan rendah dan temperatur tinggi di stripper.

Gas dengan temperatur 70oC masuk ke absorber melalui inlet sparger dan

mengalir ke atas melalui packed bed. Larutan lean dari atas tower mengalir ke bawah

melalui packed bed sehingga terjadi kontak langsung antara gas sintesa dengan lean

solution, sehingga CO2 dapat terserap ke larutan. Gas sintesa yang telah bebas dari

CO2 keluar dari top tower menuju ke unit Synthesa Loop dengan temperatur 48oC

dengan komposisi CO2 leak 0,1% vol.

CO2 yang telah terlucuti mengalir ke atas melalui bagian direct contact

cooler yang dilengkapi tray untuk didinginkan menggunakan air yang disirkulasikan

dengan pompa, sehingga temperatur CO2 di top stripper menjadi 40oC. Fungsi tray di

direct contact cooler adalah untuk memperluas area kontak antara dua fluida

sehingga didapatkan hasil yang optimum. Selanjutnya CO2 tersebut dialirkan ke unit

Urea untuk diproses lebih lanjut.

8

Page 7: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Proses penyerapan CO2 di Main CO2Rremoval juga dilakukan pada

tekanan tinggi dan temperatur rendah sedangkan pelepasan dilakukan pada tekanan

rendah dan temperatur tinngi.

2.1.3.2 Methanator

Fungsi dari Methanator (61-106-D) adalah untuk merubah gas CO dan CO2

yang masih lolos dari Main CO2 Removal menjadi CH4. Methanator merupakan

suatu bejana yang diisi dengan katalis nikel terkalsinasi (penukaran logam kepada

oksidanya dengan cara pembakaran). Reaksi yang terjadi adalah :

CO + 3H2 CH4 + H2O

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

Methanator beroperasi pada tekanan 26,7 kg/cm2G dan temperatur 330oC.

Karena panas yang dihasilkan dari reaksi ini, maka temperatur gas sintesa naik

menjadi 366oC. Oleh karena itu, kandungan CO dan CO2 dalam gas yang keluar dari

CO2 Absorber dibatasi maksimal 0,1% vol agar tidak terjadi overheating. Gas

sintesa keluaran Methanator mempunyai batasan kandungan CO dan CO2 maksimum

10 ppm.

2.1.4 Unit Sintesa Ammonia

Gas sintesa murni dengan perbandingan volume H2 dan N2 sebesar 3 : 1,

sebelum dialirkan ke ammonia konverter (61-105-D) terlebih dahulu tekanannya

dinaikkan dengan Syn Gas Compressor (61-103-J) sampai tekanan 150 kg/cm2G.

Kompressor ini bekerja dengan dua tingkatan kompresi dengan penggerak turbin uap

(steam turbine). Tingkatan pertama disebut Low Pressure Case (LPC) dan tingkatan

kedua disebut High Pressure Case (HPC).

Gas sintesa masuk ke LPC dengan temperatur 38oC dan tekanan 24,1

kg/cm2G, kemudian dikompresikan menjadi 63,4 kg/cm2G dan temperatur 67,4oC.

Sedangkan pada bagian HPC, gas sintesa bercampur dengan gas recycle dari

ammonia konverter. Gas sintesa umpan memasuki ammonia konverter dengan

temperatur 141oC dan tekanan 147 kg/cm2G melalui bagian samping reaktor.

Reaktor ini dibagi menjadi dua bagian berdasarkan fungsinya, yaitu ruang

katalis atau ruang konversi dan ruang penukar panas (heat exchanger). Reaksi yang

terjadi pada ammonia konverter adalah sebagai berikut :

N2 + 3H2 2NH3

9

Page 8: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Ammonia konverter menggunakan katalis Fe (Promoted Iron) dan

dioperasikan pada temperatur 480oC dan tekanan 150 kg/cm2G.

2.1.5 Sistem Pendinginan Ammonia

Untuk memberikan pendinginan pada ammonia diperlukan suatu system

pendinginan untuk mengkondensasikan ammonia yang ada dalam gas sintesa, gas

buang, serta gas pada interstage kompressor gas sintesa. Sistem pendinginan

dilakukan dalam tiga tahap yaitu :

1. Memberi pendinginan untuk mengkondensasikan ammonia yang ada dalam

sintesa loop.

2. Memberi pendinginan untuk mengkondensasikan ammonia yang ada dalam gas

buang.

3. Mendinginkan gas pada interstage compressor gas sintesa.

Uap ammonia didinginkan dan dikondensasikan terlebih dahulu pada

ammonia unitized chiller ( 61-120-C ). sebelum masuk ke refrigerant reservoir (61-

109-F). Uap yang tidak terkondensasi dikembalikan ke sistem dan zat yang tidak

bereaksi dari chiller dikirim ke unit daur ulang ammonia. Uap ammonia yang

terbentuk pada berbagai chiller, flush drum, dan storage tank dimasukkan dalam

Centrifugal Refrigerant Compressor (61-105-J). Kompressor ini bekerja berdasarkan

sistem pemampatan bertingkat untuk memanfaatkan ammonia sebagai media

pendingin. Kompressor ini dioperasikan untuk memenuhi kebutuhan tekanan pada

Stage Flush Drum (61-120-CF). Disamping itu juga dapat menaikkan tekanan dari

aliran ammonia yang mengalami flushing, sehingga memungkinkan ammonia

terkondensasi setelah terlebih dahulu didinginkan dalam Refrigerant Condenser (61-

127-C).

Produk ammonia yang dihasilkan terdiri dari dua jenis yaitu produk dingin

dan produk panas. Produk dingin yang mempunyai temperatur -33oC dikirim ke

tangki penyimpanan ammonia. Sedangkan produk panas dengan temperatur 30oC

dikirim ke pabrik urea.

2.1.6 Unit Daur Ulang Ammonia

Unit ini berfungsi untuk menyerap NH3 yang terkandung didalam gas buang

sehingga diperoleh effisiensi produk ammonia yang lebih tinggi. Penyerapan

10

Page 9: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

kandungan ammonia yang ada dalam campuran gas buang dilakukan dalam dua

packed absorber dengan sirkulasi yang berlawanan arah antara gas-gas dengan air.

HP Ammonia Scrubber (61-104-E) menyerap ammonia yang terikut dalam

purge gas tekanan tinggi dari sintesa loop dengan temperatur 28,8oC. Gas-gas yang

keluar dari menara absorber dikirim ke unit daur ulang hidrogen (HRU).

LP Ammonia Scrubber (61-103-E) menyerap ammonia yang terikut di dalam

purge gas dari Ammonia Letdown Drum (61-107-F) dan Refrigerant Receiver (61-

109-F) yang bertemperatur -17oC. Gas-gas yang keluar dari menara absorber dikirim

ke primary reformer sebagai bahan bakar.

Larutan aquas ammonia dari HP ammonia scrubber dan LP ammonia

srubber serta kondensat dari HRU dipanaskan sampai 165oC di Ammonia Stripper

Feed/Effluent Exchanger (61-141-C) lalu dialirkan ke Ammonia Stripper (61-105-

E). Pada column ini terjadi pelepasan ammonia dari aquas ammonia, ammonia yang

telah dipisahkan dikirim kembali ke refrigerant system. Untuk menjaga temperatur

ammonia keluar dari top column dispray ammonia cair dari produk panas melalui

inlet sparger di top column. Untuk memberi panas ke column digunakan Ammonia

Stripper Reboiler (61-140-C) dengan menggunakan steam.

2.1.7 Unit Daur Ulang Hidrogen

Unit daur ulang hidrogen (Hydrogen Recovery Unit) ini menggunakan

teknologi membran separation yang diproduksi oleh Air Product USA. Tujuan daur

ulang hidrogen adalah untuk memisahkan gas hidrogen yang terdapat dalam purge

gas dari HP Ammonia Scrubber (61-104-E) sebelum dikirim ke fuel sistem.

Sedangkan hidrogen yang diperoleh dikembalikan ke sintesa loop untuk diproses

kembali menjadi ammonia.

Prism separator merupakan inti dari peralatan pada HRU. Prism separator

menggunakan prinsip pemilihan permeation (perembesan) gas melalui membran

semi permeabel. Molekul gas akan berpindah melalui batas membrane jika tekanan

parsial dari gas lebih rendah dari tekanan di sebelahnya. Membran ini tediri dari

hollow fiber yang terdiri dari sebuah bundle hollow fiber yang mempunyai seal pada

setiap ujungnya dan melalui tube sheet. Bundle ini dipasang dalam bentuk pressure

vessel. Setiap separator mempunyai 3 buah nozzles, satu di inlet dan dua buah di

outlet.

11

Page 10: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Dalam operasi gas memasuki inlet nozzle dan melewati bagian luar hollow

fiber. Hidrogen permeate melalui membran lebih cepat dari pada gas lain. Gas yang

akan di daur ulang memasuki HP prism separator 103-LL1A dan 103-LL1B secara

paralel melalui bottom nozzle dan didistribusikan ke bundle hollow fiber di shell

sidenya. Gas kaya hidrogen permeate lewat melalui pori hollow fiber, melewati

internal tube sheet, dan keluar melalui nozzle outlet. Hidrogen yang keluar dari

kedua prism tersebut merupakan produk high pressure permeate dan dialirkan ke

Syn Gas Compressor 1st Stage Cooler (61-130-C) dengan tekanan 57 kg/cm2g.

Aliran tail gas yang meninggalkan shell side dari HP prism separator di

letdown, kemudian mengalir ke LP prism separator (61-103-LL2A, 2B, 2D, 2E, 2F)

untuk proses pemisahan selanjutnya. Permeate dari LP prism seperator ini

merupakan produk low pressure permeate dan dikirim ke up stream methanator

Effluent Cooler (61-115-C) dengan tekanan 31 kg/cm2g. Tail gas kemudian

meninggalkan shell side LP prism separator dengan kondisi minim hidrogen dan gas

non-permeate. Gas non-permeate terdiri dari inert gas methan dan argon yang di

buang dari ammonia synthesis loop, dan digunakan sebagai bahan bakar di primary

reformer.

2.1.8 Unit Pembangkit Steam

Energi panas yang dihasilkan oleh panas reaksi proses, dimamfaatkan pada

beberapa penukar panas untuk memanaskan air umpan boiler yang akan dijadikan

steam. Penukar panas yang dilalui air umpan boiler adalah :

a. Reformer Waste Heat Boiler (61-101-C).

b. High Pressure Steam Superheater (61-102-C).

c. HTS Effluent Steam Generator (61-103-C1/C2).

d. Ammonia Converter Steam Generator (61-123-C1/C2).

e. BFW Preheat Coil (61-1010BCB).

Air umpan boiler dari utilitas masuk ke Deaerator (61-101-U) untuk

menghilangkan oksigen terlarut dengan cara mekanis (steam bubbling dan stripping)

dan secara kimia (injeksi Hydrazine) ke dalam Deaerator, kemudian dikirim dengan

BFW Pump (61-104-J) ke Steam Drum (61-101-F) melalui alat-alat penukar panas.

Steam yang keluar dari steam drum dipanaskan di High Pressure Stam

Superheater (61-102-C) hingga temperatur 327oC dan tekanan 105 kg/cm2G,

12

Page 11: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

kemudian dipanaskan lagi di HP Steam Super Heat Coil (101-BCS1/BCS2) untuk

menghasilkan superheated steam (steam SX) dengan temperatur 510oC dan tekanan

123 kg/cm2G

Produk steam SX yang dihasilkan sebesar 211 ton/jam digunakan untuk

penggerak turbin Air Compressor (61-101-JT) sebesar 80 ton/jam dan penggerak

turbin Syngas Compressor (61-103-JT), selebihnya diturunkan tekanannya menjadi

steam SH. Exhaust dari steam tersebut adalah steam SH bertekanan 42,2 kg/cm2G

dan temperatur 510oC, digunakan untuk menggerakkan turbin-turbin yang lain yaitu :

a. Turbin Refrigerant Compressor (61-105-JT) sebesar 21 ton/jam.

b. Turbin Feed Gas Compressor (61-102-JT) sebesar 8,84 ton/jam.

c. Turbin BFW pump (61-104-JT) sebesar 17,4 ton/jam.

d. Turbin ID fan (61-101-BJ1T) sebesar 8,17 ton/jam.

e. Turbin RC Lube Oil Pump (61-105-JLOT) sebesar 0,55 ton/jam.

f. Turbin Air Compressor (61-101-JT) sebesar 2,3 ton/jam..

Pemakaian terbesar steam SH adalah untuk steam proses di primary

Reformer yaitu sebesar 81 ton/jam dan sekitar 30 ton/jam di impor ke unit Urea.

Steam SH dari letdown turbin-turbin di atas menghasilkan steam SL

bertekanan 3,5 kg/cm2G dan temperatur 219oC, digunakan sebagai media pemanas di

reboiler, sebagai steam bubling/striping Deaerator dan sebagai steam ejektor.

Kondensat steam dari reboiler dikirim kembali ke Deaerator sebagai air umpan

Boiler. Sedangkan condensing steam SX dari turbin dikirim ke Surface Condenser

(61-101-JC) untuk di kondensasikan dengan air pendingin, kemudian dikirim ke off

site sebesar 54 ton/jam dan sebagian kecil digunakan sebagai make up jaket water,

make up aMDEA sistem dan sebagai pelarut bahan-bahan kimia.

2.2 Urea

Unit Urea PT. Pupuk Iskandar Muda mengunakan teknologi ACES,

memproduksi pupuk urea granul dengan kapasitas terpasang 1.725 ton/hari. Proses

ini dipilih karena mempunyai beberapa kelebihan, antara lain mutu produk yang

tinggi, tidak ada problem eksplosive, lowest steam consumption process, dan limbah

yang kurang (tingkat polusi yang rendah).

Unit urea dapat dibagi dalam enam seksi, yaitu:

13

Page 12: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

a. Seksi sintesa.

b. Seksi purifikasi.

c. Seksi kosentrasi.

d. Seksi granulasi.

e. Seksi recoveri.

f. Seksi proses pengolahan kondensat.

2.2.1 Seksi Sintesa

Urea disintesis dengan mereaksikan NH3 cair dengan gas CO2 dari unit

ammonia, dan larutan recycle karbamat dari seksi recovery pabrik urea. Larutan

sintesa urea dikirim ke seksi purifikasi untuk memisahkan ammonium karbamat dan

ammonia berlebih, setelah distripping dengan gas CO2. Ammonia cair dipompakan

ke dalam Reaktor (62-DC-101) melalui Ammonia Preheater (62-EA-103) dengan

pompa Centrifugal Ammonia Feed Pump (62-GA-101 A,B).

Gas CO2 dikompresikan ke tekanan synthesa bersama dengan udara anti

korosi 5.000 ppm sebagai O2 dengan CO2 kompressor jenis sentrifugal dengan

penggerak steam turbin (62-GB-101). Bagian terbanyak dari gas CO2 dimasukkan ke

Stripper (62-DA-101) yang berguna untuk CO2 stripping dan sebagian lainnya

dikirim ke LP Decomposer (62-DA-202) juga sebagai stripping.

Reaktor dioperasikan pada tekanan 175 kg/cm2G dan temperatur 190oC, dan

dengan molar rasio NH3/CO2 4,0 dan molar rasio H2O/CO2 adalah 0,64. Reaktor

adalah suatu bejana berupa vessel tegak lurus dengan sembilan baffle plate dibagian

dalam untuk menghindari back mixing, dan dinding bagian dalamnya dilapisi dengan

316L stainless steel urea grade. Tekanan operasi dari Stripper Karbamat Kondenser

(62-EA-101 dan 62-EA-102) serta scrubber adalah sama seperti kondisi operasi di

reaktor. Larutan urea sintesa setelah mencapai konversi sekali lewat (once-through)

67% di dalam reaktor, mengalir turun melalui pipa di dalam reaktor dan masuk

menuju stripper secara gravitasi.

Di dalam stripper sebelah atas, larutan urea sintesa dari reaktor turun dan

kontak dengan gas yang telah dipisahkan di bagian bawah melalui sieve tray, dimana

komposisi larutan diatur secara adiabatis dan sesuai untuk efektifnya CO2 stripping.

Di bagian bawah stripper, ammonium karbamat dan ammonia berlebih yang

terkandung dalam larutan urea sintesa di urai dan dipisahkan dengan CO2 stripping

14

Page 13: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

dan pemanasan dengan steam pemanas falling film heater. Kondisi operasi di

stripper tekanannya adalah 175 kg/cm2G dan temperatur 178oC.

Gas dari top Reactor, mengandung sejumlah kecil ammonia dan CO2, dikirim

ke scrubber untuk di daur ulang ammonia dan CO2 memakai larutan karbamat

recycle, yang kemudian dikirim ke Reaktor (62-DC-101). Gas yang berasal dari top

scrubber dikirim ke HP Absorber (62-EA-401) untuk selanjutnya ammonia dan CO2

daur ulang kembali. Sebagian gas tersebut, yang masih mengandung oksigen

digunakan kembali sebagai udara anti korosi untuk karbamat kondenser sisi shell.

Reaksi sintesa urea yang terjadi adalah :

2NH3 + CO2 NH2COONH4

NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O

Selain reaksi di atas, selama sintesa terjadi juga reaksi samping yaitu

terbentuknya biuret dari urea :

2NH2COONH4 NH2CONHCONH2 + N2

Reaksi antar CO2 dan NH3 menjadi urea berlangsung secara bolak-balik dan

sangat dipengaruhi oleh tekanan, temperatur, komposisi, dan waktu reaksi.

Perubahan ammonium karbamat menjadi urea dalam fase cair, sehingga dibutuhkan

temperatur dan tekanan yang tinggi.

2.2.2 Seksi Purifikasi

Setelah ammonia dan CO2 yang tidak terkonversi dipisahkan dari larutan urea

sintesa di seksi purifikasi, larutan urea kemudian dipekatkan sampai konsentrasinya

menjadi 98% wt di seksi konsentrasi, sebelum dikirim ke seksi granulasi. Sistem

vakum konsentrasi diadopsi untuk memekatkan larutan urea agar dapat memenuhi

aturan kontrol polusi lingkungan.

Larutan urea dari seksi purifikasi dimasukkan ke Vakum Konsentrator (62-

FA-301), yang dioperasikan pada tekanan vakum 150 mmHgA dan temperatur 77oC,

untuk memekatkan urea menjadi sekitar 84% berat. Panas yang dibutuhkan untuk

penguapan H2O didapat dari panas reaksi pembentukan karbamat dan panas

kondensasi gas-gas ammonia dan CO2 di HP absorber (62-EA-401 B) di seksi

recovery.

15

Page 14: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Pada tahap terakhir dari seksi ini, larutan urea yang telah dipekatkan di kirim

ke Evaporator (62-EA-301) dan dipanaskan sampai 135oC dengan steam tekanan

rendah.

Setelah larutan urea dipekatkan sampai 98.5% berat dengan tekanan vakum

dibawah 100 mmHgA di Final Separator (62-FA-302), kemudian dipompakan ke

Granulator (62-MA-601) dengan Urea Feed Pump (62-GA-303 A,B). Uap air dari

konsentrator selanjudnya akan diolah pada seksi pengolahan kondensat.

2.2.3 Seksi Granulasi

Larutan urea yang telah dipekatkan sampai 98,5% berat dikirim dari seksi

konsentrasi ke Granulator (62-MA-601) dengan Urea Feed Pump (62-GA-303 A/B).

MMU (Mono Methyrol Urea) dari MMU unit dicampur ke dalam larutan urea

sebagai additive pada suction feed pompa. MMU adalah larutan urea yang

mengandung formaldehid dengan perbandingan urea/formaldehid molar ratenya

adalah 1,5.

Larutan urea dispray ke atas permukaan recycle urea seed (urea inti) dengan

udara spouting di dalam Granulator (62-MA-601) melalui spray nozzle. Larutan urea

yang dispray ke atas permukaan urea inti (seeding) didinginkan dengan cepat dan

dikeraskan, uap air (moisture) dalam larutan urea diuapkan pada saat yang

bersamaan. Kandungan air dalam urea granule menjadi kurang dari 0,25% wt.

Urea inti kemudian membesar ke ukuran granul secara berangsur-angsur

oleh multi stage spouting beds dan spray nozzle. Urea inti mengalir ke setiap stage

unggun fluidisasi (fluidized bed).

Udara spouting diperoleh dari Forced Fan for Spouting Air (62-GB-601)

setelah melalui Air Heater for Spouting Air (62-EA-601). Sedangkan udara fluidisasi

diperoleh dari Forced Fan for Fluidizing Air (62-GB-602) setelah melalui Air

Heater for Fluidizing Air (62-EA-602) dan Heater for Fluidizing Air (62-EA-603).

Temperatur dari setiap udara dikontrol oleh masing-masing air heater (temperatur

unggun 110 sampai 115oC), untuk pengerasan dan pengeringan. Setelah pengerasan

dan pengeringan, urea granul didinginkan sampai 90oC oleh fluidizing after cooler

didalam granulator.

16

Page 15: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Urea granul kemudian dikirim ke Urea Screen (62-FD-601 A/B) melalui

Vibrating Feeder for Granulator Outlet (62-JF-603 A/B), Granulator Outlet

Conveyor (62-JD-603) dan Bucket Elevator (62-JD-601).

Urea granul diklasifikasikan dan dipisahkan ke dalam 4 ukuran urea oleh

urea screen, yaitu :

- Lump size urea (gumpalan urea)

- Over size urea (urea ukuran besar)

- Product size urea (urea yang diinginkan)

- Under size urea (urea ukuran kecil)

Gumpalan urea dikirim ke Dissolving Pit (62-FA-601) melalui chute,

dilarutkan ke dalam larutan urea dan dikirim kembali ke Urea Solution Ttank (62-

FA-201) dengan Dissolving Pit Pump (62-GA-605). Urea yang berukuran besar

dikirim ke Over Size Urea Cooler (62-EC-602) dan didinginkan dengan udara.

Setelah pendinginan, urea yang berukuran besar tadi dipecahkan dengan Urea

Crusher (62-FH-601 A/B).

Urea produk yang diinginkan (product size urea) didinginkan sampai kurang

dari 50oC dengan udara didalam Urea Product Cooler (62-EC-601) dan dikirim ke

battery limit dengan Urea Product Conveyor (62-JD-604). Sebagian kecil dari

product size urea dikirim ke Urea Crusher dan dipecahkan sebagai urea inti untuk

mengontrol jumlah urea inti.

Urea ukuran kecil dimasukkan ke Urea Recycle Hopper (62-FE-601) dan

dikembalikan ke granulator sebagai urea inti untuk pembuatan urea granule

selanjutnya. Urea inti terdiri dari urea ukuran besar yang telah dipecahkan, urea

product size yang telah dipecahkan, dan urea ukuran kecil yang dikembalikan secara

bersamaan ke granulator oleh Recycle Weigher (62-JF-602) dengan rasio antara 0,5

sampai 1,0.

2.2.4 Seksi Recovery

Gas-gas ammonia dan CO2 yang telah dipisahkan pada seksi purifikasi

diserap dan didaur ulang didalam dua tingkat absorber, yakni HP Absorber (62-EA-

401 A,B) dan LP Absorber (62-EA-402), menggunakan proses kondensat sebagai

penyerap (absorbent), sebelum dikembalikan ke seksi sintesa.

17

Page 16: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Gas dari bagian atas LP Dekomposer (62-DA-202) pada seksi purifikasi

dikirim ke LP absorber, yang dioperasikan pada tekanan 2.3 kg/cm2G dan

temperatur 45oC, untuk penyerapan ammonia dan CO2 dengan sempurna. Sedangkan

gas dari bagian atas HP Decomposer (62-DA-201) dikirim ke HP Absorber, yang

dioperasikan pada tekanan 16.8 kg/cm2G dan temperatur 104oC, gas dikondensasikan

dan diserap dengan sempurna oleh larutan dari LP absorber.

Panas yang dihasilkan dalam proses penyerapan pada HP absorber diserap

oleh larutan di dalam vakum konsentrator dengan mensirkulasikan larutan urea dan

digunakan sebagai sumber panas untuk memekatkan larutan urea. Larutan karbamat

yang terbentuk didalam HP absorber didaur ulang ke karbamat kondenser dan

scrubber.

2.2.5 Seksi Proses Pengolahan Kondensat

Seksi ini berfungsi untuk mendaur ulang gas-gas sisa sebelum di buang ke

atmosfir serta mendaur ulang kondensat sebelum dimamfaatkan lagi di utilitas. Seksi

ini di bagi menjadi dua sistem yaitu :

2.2.5.1 Vacuum Generation System

Air yang diuapkan pada tekanan vakum dibawah 100 mmHgA di final

separator dikirim ke First Surface Vondenser (62-EA-501) untuk kondensasi. Uap

yang tidak terkondensasi didalam First Surface Condenser dimasukkan ke Second

dan Third Surface Condenser (62-EA-502 dan 503) oleh Ejector (62-EE-502/503).

Air yang diuapkan pada tekanan vakum dibawah 150 mmHgA di vakum

konsentrator dikirim ke Second Surface Condenser (62-EA-502). Sedangkan uap

yang di flash dari Flash Separator (62-FA-302) dimasukkan ke Third Surface

Condenser (62-EA-503).

Gas yang tidak terkondensasi dari Second Surface Condenser dihisap oleh

Third Ejector (62-EE-503) ke tekanan atmosfir untuk pencucian memakai proses

kondensat dalam final absorber untuk merecover gas-gas ammonia dan CO2 sebelum

gas-gas tersebut dilepaskan ke atmosfir.

2.2.5.2 Process Condensate Treatment System

18

Page 17: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Proses kondensat dari First Surface Condenser (62-EA-501), yang di

kumpulkan secara terpisah didalam Process Condensate Tank (62-FA-501), dikirim

ke LP Absorber sebagai make-up penyerap melalui Washing Column (62-DA-401)

untuk pencucian atau pembersihan vent gas dari HP Absorber. Sedangkan proses

kondensat dari Second dan Third Surface Condenser, diumpankan ke Process

Condensate Stripper (62-DA-501).

Kondensat dilepaskan atau dipisahkan dari ammonia dan CO2 dengan

memakai steam stripping dalam process condensate stripper. Gas dari bagian atas

dikirim ke LP Decomposer seksi purifikasi. Dari middle stage process condensate

stripper, kondensat dipompakan ke Urea Hydrolyzer (62-DA-502) yang dioperasikan

pada tekanan 23 Kg/cm2G dan temperatur 210oC. Proses kondensat dari urea

hydrolyzer diumpankan lagi ke bagian bawah process condensate stripper untuk

melepas ammonia dan CO2. Proses kondensat yang bersih setelah pengolahan

mengandung residual urea dan ammonia maksimal 5 ppm sebelum dikembalikan ke

unit utilitas.

2.3 Utilitas

Unit Utilitas merupakan unit penunjang bagi unit-unit yang lain dalam suatu

pabrik atau sarana penunjang untuk menjalankan suatu pabrik dari tahap awal sampai

produk akhir. Pada PT. Pupuk Iskandar Muda, pabrik Utilitas meliputi :

a. Unit water intake.

b. Unit pengolahan air.

c. Unit pembangkit uap (steam).

d. Unit pembangkit listrik.

e. Unit udara instrumen dan udara pabrik.

f. Unit pemisahan udara (ASP).

g. Unit pengukuran gas (gas metering station).

h. Unit pengolahan air buangan.

2.3.1 Unit Water Intake

Sumber air untuk pabrik, perkantoran dan perumahan PT. Pupuk Iskandar

Muda diambil dari sungai Peusangan (Kabupaten Bireuen) yang jaraknya sekitar 25

km dari lokasi pabrik. Luas Daerah Aliran Sungai Peusangan adalah 2.260 km2 dan

19

Page 18: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

sebagian besar terletak dikabupaten Aceh Tengah. Air ini dipompa dengan laju alir

normal sebesar 700 sampai 800 ton/jam pada tekanan minimum 2 kg/cm2G.

Pada fasilitas water intake terdapat tiga unit pompa, dimana setiap pompa

memiliki kapasitas 1.250 ton/jam dan dilangkapi dengan :

a. Water Intake Channel, merupakan suatu kolam yang disekat sehingga berbentuk

saluran (channel), serta dilengkapi dengan bar screen yang berfungsi untuk

menyaring benda-benda kasar terapung yang mungkin ada di tempat penyadapan

terutama di bangunan sadap sungai, agar tidak mengganggu proses pengolahan

air berikutnya.

b. Intake Pond, merupakan suatu kolam dengan ukuran 27.900 x 7.600 m2 yang

berfungsi untuk menampung air yang telah disadap dari sumber dan digunakan

sebagai bahan baku. Air tersebut dialirkan ke Settling Basin (bak pengendapan)

dengan menggunakan pompa.

c. Settling Basin, berfungsi untuk mengendapkan partikel-partikel kasar secara

gravitasi dan mengatur aliran yang akan ditransmisikan, basin dibagi menjadi

lima channel dan secara bergantian sebuah channel dibersihkan dan diambil

lumpurnya.

Air yang berasal dari fasilitas Water Intake kemudian dialirkan ke dalam

instalasi pengolahan air di PT. Pupuk Iskandar Muda dan PT. Asean Aceh Fertilizer

dengan laju alir 1.650 ton/jam.

2.3.2 Unit Pengolahan Air

Kebutuhan air di pabrik diperlukan untuk bahan baku dan pembantu proses

yaitu dalam bentuk Filter Water dan Demin Water atau Polish Water, disamping itu

diproduksi pula Potable Water sebagai air minum.

2.3.2.1 Clarifier

Clarifier (63-FD-1001) berfungsi sebagai tempat pengolahan air tahap

pertama yaitu proses penjernihan air untuk menghilangkan zat padat dalam bentuk

suspensi dengan jalan netralisasi, sedimentasi, koagulasi, dan filtrasi.

Clarifier mempunyai kapasitas 1330 ton/jam sedangkan kebutuhan air baku

masuk clarifier adalah 600 sampai 800 ton/jam (normal). Pada inlet clarifier

20

Page 19: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

diinjeksikan bahan-bahan kimia yaitu alum sulfat, klorin, soda kaustik, sedangkan

coagulant aid ditambahkan ke dalam clarifier.

Fungsi dari bahan-bahan kimia tersebut adalah :

a. Alum Sulfat (Al2(SO4)3)

Berfungsi untuk membentuk gumpalan dari partikel yang tersuspensi dalam air.

Bila alum dikontakkan dengan air maka akan terjadi hidrolisa yang menghasilkan

alumunium hidroksida (Al2(SO4)3) dan asam sulfat. Reaksi yang terjadi adalah

sebagai berikut :

Al2(SO4)3 . 18 H2O + 6 H2O 2 Al(OH)3 + 3H2SO4 + 18 H2O

Gumpalan Al(OH)3 yang berupa koloid akan mengendap bersama kotoran lain

yang terikut ke dalam air dan H2SO4 akan mengakibatkan air bersifat asam.

Penambahan alum tergantung pada turbiditi dan laju alir air umpan baku.

b. Soda Kaustik (NaOH)

Berfungsi untuk menetralkan air akibat penambahan alum sehingga PHnya

berkisar antara 6 sampai 8.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

H2SO4 + NaOH Na2SO4 + 3 H2O

c. Klorin (Cl2)

Tujuan utama penambahan zat klorin adalah untuk mematikan mikroorganisme

dalam air, disamping itu juga untuk mencegah tumbuhnya lumut pada dinding

clarifier dan akan mengganggu proses selanjutnya.

d. Coagulant Aid (Polymer)

Berfungsi untuk mempercepat proses pengendapan, karena dengan penambahan

bahan ini akan membentuk flok-flok yang lebih besar sehingga akan lebih mudah

dan cepat mengendap.

Clarifier dilengkapi dengan agitator dan rake yang berfungsi sebagai

pengaduk, keduanya bekerja secara kontinyu. Agitator berfungsi untuk mempercepat

terjadinya flok-flok dan bekerja dengan kecepatan 1,05 sampai 4,2 rpm. Sedangkan

rake berfungsi mencegah agar flok-flok (gumpalan lumpur) tidak pekat di dasar

clarifier dan bekerja dengan kecepatan 0,033 rpm. Kotoran-kotoran yang mengendap

bersama lumpur (sludge) dikeluarkan dari bawah clarifier sebagai blow down,

sedangkan air jernih dari clarifier keluar lewat over flow.

21

Page 20: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

2.3.2.2 Saringan Pasir (Gravity Sand Filter)

Air yang jernih dari Clarifier dialirkan ke Gravity Sand Filter (63-FD-1002)

secara gravitasi. Gravity sand filter terdiri atas 5 (lima) unit yaitu empat service dan

satu unit siaga (stand by). Komponen utama dari saringan pasir adalah pasir yang

ukurannya berbeda-beda. Saringan pasir bekerja kontinyu, jika kotoran-kotoran

menggumpal atau lumpur yang sudah terlalu tebal di saringan, maka akan dilakukan

back wash secara berkala.

2.3.2.3 Filter Water Reservoir

Air dari saringan pasir ditampung di Filter Water Reservoir (63-FB-1006),

kemudian dibagi ketiga tangki yaitu :

a. Potable Water Tank (63-FB-1002)

Digunakan untuk mendistribusikan air yang telah memenuhi persyaratan air

minum ke perumahan, kantor, kapal, dan emergency shower.

b. Filter Water Tank (63-FB-1008)

Digunakan sebagai fire water, make up Cooling Water dan back wash.

c. Recycle Water Tank (63-FB-1008)

Digunakan sebagai air umpan demin. Air ini diproses lagi untuk menghasilkan

air yang bebas mineral dan akan digunakan sebagai air umpan Boiler.

2.3.2.4 Saringan Karbon Aktif (Activated Carbon Filter)

Air dari Recycle Water Tank (63-FB-1008) dialirkan ke dalam Activated

Carbon Filter (63-FB-1003) untuk menyerap CO2 terlarut dalam air dan zat-zat

organik yang ada dalam filter water, serta residual klorin dari air sebelum masuk ke

sistem Deionisasi (Demineralizer).

2.3.2.5 Demineralizer

Unit ini berfungsi untuk membebaskan air dari unsur-unsur silika, sulfat,

klorida dan karbonat dengan menggunakan resin, unit ini terdiri dari :

a. Cation Tower (63-DA-1001)

Proses ini bertujuan untuk menghilangkan unsur-unsur logam yang berupa ion-

ion positif yang terdapat dalam filter water dengan menggunakan resin kation R-

SO3H (tipe Dowex Upcore Mono A-500). Proses ini dilakukan dengan

melewatkan air melalui bagian bawah, dimana akan terjadi pengikatan logam-

22

Page 21: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

logam tersebut oleh resin. Resin R-SO3H ini bersifat asam kuat, karena itu

disebut asam kuat cation exchanger resin.

Reaksi yang terjadi adalah :

CaCl2+ 2R – SO3H (R – SO3)2Ca + 2 HCl

MgCl2+ 2R – SO3H (R – SO3)2Mg + 2 HCl

NaCl2+ 2R – SO3H (R – SO3)2Na + 2 HCl

CaSO4+ 2R – SO3H (R – SO3)2Ca + 2 HSO4

MgSO4+ 2R – SO3H (R – SO3)2Mg + 2 HSO4

NaSO4+ 2R – SO3H (R – SO3)2Na + 2 HSO4

Na2SiO4+ 2R – SO3H (R – SO3)2Na + 2 HSiO4

CaCO3+ 2R – SO3H (R – SO3)2Ca + 2 HCO3

b. Degasifier (63-DA-1002)

Degasifier berfungsi untuk menghilangkan gas CO2 yang terbentuk dari asam

karbonat pada proses sebelumnya, dengan reaksi sebagai berikut :

H2CO3 H2O + CO2

Proses Degasifier ini berlangsung pada tekanan vakum 740 mmHg dengan

menggunakan steam ejektor, di dalam tangki ini terdapat netting ring untuk

memperluas bidang kontak antara air yang masuk dengan steam bertekanan

rendah yang diinjeksikan. Sedangkan outlet steam ejektor dikondensasikan

dengan injeksi air dari bagian atas dan selanjutnya ditampung dalam seal pot

sebagai umpan Recovery Tank.

c. Anion Tower (63 -DA-1003)

Berfungsi untuk menyerap atau mengikat ion-ion negatif yang terdapat dalam air

yang keluar dari Degasifier. Resin pada anion exchanger adalah R=NOH (Tipe

Dowex Upcore Mono C-600).

Reaksi yang terjadi adalah :

H2SO4 + 2 R = N – OH (R = N)2SO4 + 2 H2O

HCl + R = N – OH R = N – Cl + H2O

H2SiO3 + 2 R = N – OH (R = N)2SiO3 + 2 H2O

H2CO3 + R = N – OH R = N – CO3 + H2O

HNO3 + R = N – OH R = N – NO3 + H2O

23

Page 22: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Reaksi ini menghasilkan H2O, oleh karena itu air demin selalu bersifat netral. Air

keluar tangki ini memiliki pH 7,5 sampai 8,5 konduktifitas kurang dari 3 Ωµ .

d. Mix Bed Polisher (63-DA-1004)

Berfungsi untuk menghilangkan sisa-sisa logam atau asam dari proses

sebelumnya, sehingga diharapkan air yang keluar dari mix bed polisher telah

bersih dari kation dan anion. Di dalam mix bed polisher digunakan dua macam

resin yaitu resin kation dan resin anion yang sekaligus keduanya berfungsi untuk

menghilangkan sisa kation dan anion, terutama natrium dan sisa asam sebagai

senyawa silika dengan reaksi sebagai berikut :

Reaksi Kation :

Na2SiO3 + 2 R – SO3H 2 RSO3Na + H2SiO3

Reaksi Anion :

Na2SiO3 + 2 R = N - OH 2 RSO3Na + H2SiO3

Air yang telah bebas mineral tersebut dimasukkan ke Polish Water Tank (53-FB-

1004) dan digunakan untuk air umpan boiler.

2.3.3 Unit Pembangkit Uap

Pada Unit Utilitas, sumber pembangkit uap yang digunakan untuk kebutuhan

operasi adalah Package Boiler (63-BF-4001). Air dari Polish Water Tank (63-FB-

1004) dimasukkan ke dalam Deaerator (63-EG-4001) untuk menghilangkan gas CO2

dan O2 terlarut yang menyebabkan korosi. Di deaerator juga diinjeksikan hydrazine

(N2H4) untuk mengikat gas O2 yang terdapat dalam air. Reaksinya adalah sebagai

berikut :

N2H4 + O2 2 H2O + N2

Pada outlet Deaerator juga diinjeksikan ammonia yang berfungsi untuk mengatur pH

dari boiler feed water.

Package boiler dengan kapasitas 120 ton/jam, tekanan 41 kg/jam2G dan

temperature 385oC menggunakan panas yang berasal dari pembakaran fuel gas.

Sistem operasinya adalah air yang dari Deaerator masuk ke Economizer (63-EC-

4001) lalu dialirkan ke steam drum, dalam steam drum diinjeksikan Na3PO4 untuk

mengikat komponen hardness serta untuk menaikkan pH air boiler. Sirkulasi antara

24

Page 23: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

steam drum dan coil-coil pemanas berlangsung secara alami karena perbedaan berat

jenis air dalam pipa.

Uap yang dihasilkan oleh Package Boiler digunakan pada pabrik utilitas,

pabrik urea, sedangkan pabrik ammonia hanya pada saat tertentu.

2.3.4 Unit Pembangkit Listrik

Untuk memenuhi kebutuhan listrik, pabrik PT. Pupuk Iskandar Muda

mensupply listrik dan beberapa generator sebagai sumber tenaga pembangkit listrik

yang dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Main Generator (63-EG-7001)

Generator ini merupakan generator utama sumber tenaga listrik di utilitas pada

pabrik Pupuk Iskandar Muda 2, yang digerakkan dengan turbin berbahan bakar

gas alam, fungsinya adalah untuk menyalurkan listrik ke seluruh pabrik dan

perumahan.

Daya : 20 MW

Tegangan : 13,8 KV

b. Main Generator (53-GI-7001)

Generator ini merupakan generator utama sumber tenaga listrik di utilitas pada

pabrik Pupuk Iskandar Muda 1, yang digerakkan dengan turbin berbahan bakar

gas alam, fungsinya sama dengan main generator (63-EG-7001) dan hanya salah

satu main generator saja yang beroperasi.

Daya : 15 MW

Tegangan : 13,8 KV

c. Standby Generator (53-GI-7002)

Merupakan generator pendamping, dioperasikan apabila terjadi gangguan pada

main generator. Bahan bakarnya bisa solar atau gas alam.

Daya : 1,5 MW

Tegangan : 2,4 KV

25

Page 24: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

d. Emergency Generator (53-GH-7001)

Merupakan generator cadangan, yang dipakai dalam keadaan mendadak apabila

terjadinya gangguan pada main generator dan pada saat peralihan ke standby

generator.

Daya : 350 KW

Tegangan : 480 V

2.3.5 Unit Udara Instrumen dan Udara Pabrik

Kebutuhan udara pabrik saat awal pabrik dioperasikan serta pada saat

emergensi, yaitu dengan Kompresor Udara (63-GB-5001), setelah pabrik beroperasi

udara diambil dari Kompresor Udara Ammonia (51-101-J) dengan tekanan 35

kg/cm2G. Udara ini masih belum kering atau murni maka dikeringkan pada dryer

untuk menghilangkan kandungan air dengan menggunakan Silika Alumina Gel

(silicagel).

Fungsi dari udara instrument antara lain :

- Menggerakkan Pneumatic Control Valve.

- Purging di Boiler.

- Flushing di Turbin.

Fungsi dari udara pabrik antara lain :

- Flushing jaringan pipa.

- Mixing tangki kimia pengantongan urea.

- Pembakaran di Burning pit.

2.3.6 Unit Pemisahan Udara

Pada prinsipnya unit pemisahan udara (N2 dan O2) ini bekerja berdasarkan

titik cairnya. Udara baku disaring melalui filter kemudian dimampatkan dengan

kompresor udara sampai tekanan 41oC untuk memisahkan moisture (kandungan air)

dari udara, pendinginan dilanjutkan dalam Precooler Unit sampai temperatur 5oC.

Udara yang telah mengembun dikeluarkan lewat drain separator dan dialirkan ke

MS Adsorben untuk menyerap CO2 dan H2O, kemudian udara ini dialirkan ke dalam

cool box. Pada cool box N2 dan O2 dipisahkan dengan tiga macam metode, yaitu :

- Metode I adalah produksi N2 gas, maksimal 300 Nm3/hr.

- Metode II adalah produksi N2 cair, maksimal 50 Nm3/hr.

26

Page 25: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

- Metode III adalah produksi O2 gas, maksimal 75 Nm3/hr.

2.3.7 Unit Pengukur Gas

Berfungsi untuk mengukur banyaknya gas alam yang dikonsumsi oleh pabrik,

yaitu dipakai oleh pabrik utilitas (untuk menghasilkan steam dan sebagai bahan bakar

generator), serta banyaknya gas alam yang dipakai oleh pabrik ammonia (untuk

proses dan bahan bakar).

Indikasi pengukur laju alir gas alam terdapat di lapangan dan diruang kontrol

yang mengukur laju alir, tekanan, temperatur, dan densitas.

2.3.8 Unit Pengolahan Air Buangan

Untuk menghindari pencemaran terhadap lingkungan, maka buangan dari

proses produksi diolah terlebih dahulu sebelum dibuang. Unit penampungan air

limbah ini terdiri dari Waste Water Pond (WWP) dan Kolam Penampungan dan

Pendalian Limbah (KPPL).

2.3.8.1 Kolam Air Limbah (WWP)

Kolam air limbah ini merupakan unit penampungan limbah yang berasal

dari :

a. Tangki netralisasi pada unit demineralizer.

b. Tangki slurry pada unit pengolahan air.

c. Pabrik ammonia.

d. Pabrik urea.

Air limbah tersebut dinetralkan dengan menambah acid atau caustic sampai

mencapai pH 6 sampai 8, kemudian dikirim oleh pompa transfer. Setelah pH air

buangan netral, air limbah tersebut dibuang ke laut.

2.3.8.2 Kolam Penampungan dan Pengendalian Limbah

Kolam Penampungan dan Pengendalian Limbah (KPPL) mempunyai

kapasitas 5.250 M3. Fungsi dari KPPL adalah untuk mengatur komposisi air limbah

dan kecepatan buangannya, untuk mengurangi jumlah padatan terlarut dengan cara

pengendapan dan menampung limbah (air buangan) pada saat pabrik sedang

beroperasi dan melepaskan ammonia yang terlarut dalam air limbah.

27

Page 26: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

2.4 Unit Penunjang Produksi

Pabrik PT. Pupuk Iskandar dilengkapi dengan unit penunjang produksi,

diantaranya :

a. Unit Pelabuhan PT. Pupuk Iskandar Muda mampu disandari kapal-kapal curah

berbobot mati sampai 25.000 DWT. Kedalaman rata-rata 10,5 meter pada saat air

surut dan dilengkapi dengan sarana untuk membuat pupuk curah ke dalam kapal

(Ship Loader), serta sarana air minum dan sarana navigasi.

b. Gudang urea curah lengkap dengan portal scrapper dan ban berjalan.

c. Laboratorium pengendalian proses produksi yang berada di unit utiliti, unit

ammonia dan unit urea.

d. Laboratorium utama yang selalu memeriksa mutu hasil produksi dan memonitor

limbah.

e. Perbengkelan yang menunjang pemeliharaan pabrik dan bengkel perbaikan alat-

alat berat dan kendaraan.

28

Page 27: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

BAB III

TUGAS KHUSUS

PERFORMANCE REAKTOR SINTESIS UREA

(52-DC-101)

3.1 Latar Belakang Permasalahan

Reaktor urea (52-DC-101) adalah suatu bejana berupa vessel tegak lurus

dengan 9 baffle plate dibagian dalam untuk menghindari back missing dan bagian

dalam nya dilapisi dengan 316L Stainless Steel Urea Grade. Reaktor sintesis urea

(52-DC-101) pada sintesis PT. Pupuk Iskandar Muda telah beroperasi selama 25

tahun, desain waktu operasi selama 20 tahun, sehingga sekarang beroperasi lebih 5

tahun dari desain waktu operasi.

Oleh karena itu di khawatirkan tidak dapat beroperasi maksimum sesuai

desain. Disamping itu beberapa tahun terakhir pabrik sering tidak beroperasi secara

maksimal dikarenakan kendala bahan baku yang kurang memadai. Reaktor sintesis

urea (52-DC-101) pada seksi sintesa telah mengalami korosif pada bagian yang telah

dilapisi dengan logam titanium akibat dari temperatur operasi yang sangat tinggi dan

sifat kimia dari urea yang korosif.

3.2 Perumusan Masalah

Reaktor urea suatu alat yang terpenting dalam sintesa urea. Berfungsi untuk

mereaksikan NH3 dan CO2 menjadi urea. Reaktor urea sangat rentan mengalami

korosif terutama bagian dalam shell akibat dari temperatur operasi yang sangat tinggi

dan sifat kimia yang corosifable.

Konversi kesetimbangan CO2 merupakan suatu hal yag sangat penting untuk

menilai bagaimana kinerja (Performance) reaktor urea dalam mengubah CO2 dan

NH3 menjadi urea. Kesempurnaan reaksi pada reaktor untuk mengkoversi CO2

menjadi urea sangat dipengaruhi oleh komposisi dari umpan yang masuk reaktor

ditentukan oleh kemurnian NH3, CO2 dan komposisi recycle carbamat. NH3 dan CO2

yang didapat dari pabrik ammonia telah mengalami perubahan persentase kemurnian.

Begitu juga halnya dengan komposisi recycle carbamat. Komposisi recycle sangat

dipengaruhi oleh kondisi operasi di recovery urea.

29

Page 28: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

3.3 Tujuan Tugas Khusus

Hasil yang diinginkan dari penyelesaian tugas khusus ini adalah diperolehnya

gambaran maupun kemampuan kerja reaktor sintesis urea pada seksi sintesa PT.PIM,

krueng geukuh - Aceh Utara. Seterusnya hasil perhitungan yang di dapat merupakan

dasar untuk menentukan efisiensi kerja dari alat,masih akurat atau tidak.

3.4 Landasan Teori

3.4.1 Pembuatan Urea

Reaksi pembentukan urea pada reaktor berlangsung berlangsung pada suhu

dan tekanan yang tinggi. Reaksi berlangsung dua tahap, yaitu:

1. Tahap pertama merupakan reaksi eksotermis yang kuat, yaitu reaksi antara

ammonia dan karbon dioksida membentuk larutan karbamat. Reaksi ini

berlangsung sangat cepat dan perlu dijaga tekanannya pada 250 kg/cm2.G

dengan temperature 200 oC.

Reaksi : 2NH3 + CO2 NH2COONH4

2. Tahap kedua merupakan reaksi endotermis, reaksi ini adalah reaksi

dehidrasi ammonium carbamat menjadi urea.

Reaksi : NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O

Kedua reaksi diatas adalah reversibel dan secara keselusuhan adalah reaksi

eksotermis. Oleh karena itu temperatur reaktor sangat perlu diperhatikan. Oleh

karena itu temperatur reaktor sangat perlu diperhatikan. Untuk menjaga kondisi

reaksi perlu dilakukan pengontrolan dengan cara mengkombinasi faktor-faktor

berikut :

a. Menginjeksikan ammonia belebih kedalam reaktor, selain untuk menjaga

temperatur reaktor injeksi ammonia berlebih juga memperkecil

kemungkinan terbentuknya biuret.

b. Pengembalian larutan recycle karbamat ke reaktor.

c. Pemanasan pendahuluan ammonia cair yang masuk reaktor.

3.4.2 Kesetimbangan dan Kecepatan Reaksi

Umumnya reaksi kimia adalah reaksi reversibel

A + B C + D

30

K1

K2

Page 29: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Kecepatan reaksi kekanan : rc = K1 . CA . CB

Kecepatan reaksi kekiri : -rc = K2 . CC . CD

Dimana : K = konstanta kecepatan reaksi

C = konsentrasi

Bila kecepatan reaksi pembentukan sama dengan reaksi penguraian

maka reaksi tersebut berada dalam keadaan setimbang.

rc = -rc

K1 . CA . CB = K2 . CC . CD

K1 / K2 = (CC . CD ) / (CA . CB ) = K

Dimana K = ketetapan kesetimbangan

aA + bB cC dD

(CC . CD ) / (CA . CB ) = K

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kesetimbangan reaksi yaitu :

a. Temperatur

Apabila temperatur dinaikkan maka kesetimbangan akan bergeser

kearah reaksi endotermis.

Reaksi : 2NH3 + CO2 NH2COONH4

Kenaikan suhu akan mengakibatkan reaksi bergeser kekiri, akibatnya :

2NH3 dan CO2 bertambah sedangkan NH2COONH4 berkurang, tetapan

setimbangan menjadi kecil.

b. Konsentrasi

Apabila konsentrasi dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke

arah lawan penambahan konsentrasi tersebut.

Reaksi : 2NH2CONH2 NH2CONHCONH2 + N2

Bila NH3 ditambahkan maka reaksi akan bergeser kearah kiri,

sehingga lebih banyak urea dan penambahan biuret lebih kecil.

c. Volume dan Tekanan

Dengan bertambahnya tekanan maka volume akan mengecil. Reaksi

akan bergeser kearah molekul yang kecil.

2A B

Penambahan tekanan akan mengakibatkan kesetimbangan reaksi

bergeser kearah B.

31

Page 30: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

d. Katalisator

Katalisator memberikan efek yang sama pada reaksi pembentukan dan

reaksi penguraian. Jadi katalisator tidak mempengaruhi kesetimbangan reaksi.

3.4.3 Persamaan Kimia dan Stoikiometri

Dari suatu persamaan kita dapat mengetahui data kualitas dan kuantitatif

yang sangat penting untuk perhitungan proses kimia. Stoikiometri menyangkut

perbandingan jumlah unsur dan senyawa yang bereaksi dengan jumlah yang tepat,

perbandingan identik dengan perbandingan koefisien yang diperoleh dari persamaan

reaksi. Reaksi-reaksi dibidang industri jarang sekali yang stoikiometri, maka sering

digunakan reaktan berlebih. Kelebihan ini keluar bersamaan hasil reaksi, atau

terpisah dapat digunakan kembali.

Walaupun terjadi penambahan reaktan agar reaksi bisa stoikiometri, tetap saja

reaksi berlangsung tidak secara sempurna sehingga ada zat yang tidak bereaksi.

Besarnya zat yang bereaksi disebut konversi.

3.4.4 Derajat Konversi Kesetimbangan

Konversi merupakan suatu parameter yang menunjukkan berapa banyak

suatu zat yang bereaksi. Konversi adalah bagian dari reaktan atau zat tertentu

didalam umpan yang berubah manjadi hasil.

Contoh : A + B AB

XA = ( NAO – NA ) / NAO

Dimana : XA = Derajat Konversi Kesetimbangan

NAO = mol A sebelum reaksi

NA = mol A setelah bereaksi

3.4.5 Kapasitas PanasKapasiatas panas suatu zat adalah panas yang dibutuhkan oleh zat tersebut

untuk menaikkan panas sebesar satu derajat untuk tiap satuan massa zat tersebut.

panas spesifik adalah rasio kapasitas panas suatu zat dengan kapasitas air yang

memiliki massa yang sama. Pada tekanan yang tetap persamaan dapat berupa :

dQ = m Cp dT

dimana m = jumlah mol zat atau jumlah massa zat

Cp = kapasitas panas

32

Page 31: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

dQ = panas yang harus ditambahkan agar terjadi perubahan suhu

sebesar dT

dT = perubahan suhu

3.4.6 Neraca Massa

Neraca massa merupakan banyaknya perincian bahan-bahan yang masuk,

keluar dan terakumulasi pada suatu sistem. Prinsip utama neraca massa adalah

hukum kekekalan massa (Hk. Lavoiser), yaitu dalam suatu reaksi kimia jumlah

massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama.

Hal ini dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :

Massa yang masuk – massa yang keluar = massa yang terakumulasi

Pada keadaan tunak (steady state) aliran laju massa dan kondisi adalah tetap,

tidak tergantung pada waktu. Pada kondisi tunak massa yang terakumulasi sangat

kecil sehingga dapat diabaikan (akumulasi = 0), maka akan didapat persamaan

berikut :

Massa masuk reaktor = massa keluar reaktor

Dari perhitungan neraca massa dapat diketahui berapa banyak bahan baku

yang dibutuhkan pada suatu pabrik untuk menghasilkan sejumlah produk tertentu.

Langkah-langkah pembuatan neraca massa :

1. Menggambarkan diagram proses dengan aliran-aliran yang diperlukan.

2. Menentukan batasan-batasan dan data yang diperlukan pada diagram tersebut.

3. Membuat anggapan sebagai basis parameter atau dasar pengukuran dalam

perhitungan.

4. Memeriksa apakah ada komposisi atau massa pada tiap aliran yang dapat

langsung diketahui atau dihitung.

5. Bila jumlah besaran yang tidak diketahui akan dihitung maka besaran

tersebut harus disesuaikan dengan jumlah persamaan neraca yang ada.

6. Bila jumlah besaran neraca massa yang diketahui melebihi, maka diambil

persamaan yang dapat digunakan untuk menyelesaikan persamaan tersebut.

7. Menulis persamaan massa komponen bila dijumlahkan sama dengan neraca

massa total dari perhitungan.

33

Page 32: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Hal-hal yang perlu diperhatikan sebelum melakukan perhitungan melakukan

perhitungan neraca massa total antara lain:

1. Jika tidak ada reaksi kimia, neraca massa dapat didasarkan pada senyawa

yang mempunyai komposisi tetap.

2. pada persamaan tanpa reaksi kimia penggunaan satuan berat lebih

memudahkan dalam perhitungan. Sedangkan untuk proses dengan reaksi

kimia lebih baik digunakan satuan mol.

3.5 Data Spesifikasi Alat

3.5.1 Reaktor Urea Sintesis (52-DC-101)

Fungsi : untuk mengreaksikan NH. Dan CO2 menjadi urea

Tipe : vertical

Kapasitas : 2.170 ID x 29,700 H

Material : SHW 50 + Ti Lining

Desian temperature : 230oC

Desain Tekanan : 263 kg/ cm2G

3.5.2 CO2 Booster Compressor (52-GB-101)

Fungsi : Menaikkan tekanan CO2 dari 0.7 kg/cm2G menjadi 30

kg/cm2G

Tipe : Centrifugal - VSSGOF

Kapasitas : 28081 NM3/Hr

CO2 Booster Compressor ter bagi atas 2 buah dapat dilihat pada tabel 3.1 dan

3.2 pada halaman 35.

Kondisi desain operasi

Kecepatan normal : 8850 Rpm

Kecepatan kritis pertama : 4083 Rpm

Kecepatan kritis kedua : 17120 Rpm

Tabel 3.1 Kondisi Operasi Suction CO2 Booster Compressor

34

Page 33: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Suction Tekanan TemperaturTingkat Pertama

Tingkat Kedua

Tingkat Ketiga

0,5 kg/cm2G

3,45 kg/cm2G

11,41 kg/cm2G

154 oC

42 oC

42 oCSumber : Urea Handbook, 1958

Tabel 3.2 Kondisi Operasi Discharge CO2 Booster Compressor

Discharge Tekanan TemperaturTingkat Pertama

Tingkat Kedua

Tingkat Ketiga

4,01 kg/cm2G

11,01 kg/cm2G

30,0 kg/cm2G

154 oC

154 oC

142 oCSumber : Urea Handbook, 1958

3.5.3 Turbin uap CO2 Booster Compressor (52-GB-101-T)

Fungsi : untuk menggerakkan CO2 Booster Compressor

Tipe : Condensing Turbine

Kapasitas : 28081 Nm3/Jam

Material

Cassing : cast stell / cast iron

Internal : carbon stell / 13% cr still

Kondisi Uap

Temperatur : 380 oC

Tekanan : 38 kg/cm2G

Asupan : 21,13 ton/Jam

Desain Tekanan : 263 kg/ cm2G

3.4.1 Pompa Ammonia Cair (52-GA-101)

Fungsi : menaikkan tekanan NH3 dari 30 kg/cm2G menjadi 250

kg/cm2G

Tipe : Multistages Centrifugal

Kapasitas : 178 m3/jam

Total Head : 4000 m

35

Page 34: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Material

Cassing : carbon stell / 13% Cr

Internal : 13% Cr stell

Kodisi desain operasi

Suction : 24,5 21 kg/cm2G and 37 oC

Discharge : 260 kg/cm2G

Flow suction : 70 m3/Jam (minimum)

Pump speed : 6700 Rpm

3.4.2 Turbin Uap untuk pompa ammonia cair (52-GA-101-T)

Fungsi : Untuk menggerakkan pompa ammonia cair

Tipe : Condensing Turbine

Material

Cassing : cast stell / cast iron

Internal : carbon stell / 13% cr still

Kodisi Uap

Temperatur masuk : 380 oC

Tekanan masuk : 38 kg/ cm2G

Tekanan Keluar : 0,3 kg/ cm2A

Asupan : 12,52 ton/Jam

Kodisi Desain Operasi

Kecepatan Normal : 6700 Rpm

3.4.3 Pompa Recycle Carbamat (52-GA-102)

Fungsi : menaikkan tekanan recycle carbamat dari 30 kg/cm2G

menjadi 250 kg/cm2G

Tipe : Multistages Centrifugal – 8 stages

Kapasitas : 85 m3/Jam

Total Head : 2053 m

Material

Cassing : carbon stell / 13% Cr

Internal : 13% Cr stell

36

Page 35: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Kodisi desain operasi

Suction : 24,5 21 kg/cm2G and 37 oC

Discharge : 260 kg/cm2G

Flow suction : 70 m3/Jam (minimum)

Pump speed : 6700 Rpm

3.4.4 Turbin Uap untuk Pompa Recycle Carbamat (52-GA-101-T)

Fungsi : Untuk menggerakkan pompa recycle carbamat

Tipe : Condusing Turbine

Kapasitas : 178 m3/Jam

Total Head : 4000 m

Material

Cassing : CastSteel / Cast iron

Internal : carbon stell/ 13% Cr stell

Kodisi Uap

Temperatur masuk : 380 oC

Tekanan masuk : 38 kg/ cm2G

Tekanan Keluar : 0,3 kg/ cm2A

Asupan : 12,52 ton/Jam

BAB IV

DATA DAN HASIL PENGOLAHAN DATA

37

Page 36: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

4.1 Data Pengamatan

Dari data pengamatan untuk reaktor urea dan umpan masuk reaktor pada

kondis operasi tanggal 14 Agustus 2007 maka, diperoleh hasil sebagai berikut.

Tabel 4.1 Data Reaktor Urea (52-DC-101) Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus

2007

item

Waktu

52-DC-101PRCA-101 TR-101

Press (kg/cm2)

Opening (%)

Bottom (oC)

Top(oC)

NH3 In (oC)

Linning (oC)

Shell(oC)

CO2 In (oC)

Desain 235-240 70-90 180-190199-202

65-90180-190

180-190130-145

00.00 238 78 181,1 199,6 82,0 183,3 184,4 136,908.00 238 78 182,1 199,7 80,8 183,8 184,7 138,016.00 238 76 181,1 199,5 81,4 179,5 184,4 139,522.00 238 77 184,1 199,1 80,9 182,5 183,6 138,6

Rata-rata

238 77.25 182,08 199,48 81,28 182,28 187,28 138,25

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

Tabel 4.2 Data Sistem CO2 Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007

item

Waktu

Sistem CO2

PIA – 102(kg/cm2)

TI – 102 – 1(oC)

PICA – 903(kg/cm2

FRQ – 101 CO2

to Urea (Nm3/hr)

FIC – 203 CO2 to LPD

(Nm3/hr)Desain 0.6 min 32–42 240-260 2600 - 32000 1200 – 146000.00 0.74 39.0 250 28700 123708.00 0.73 39.2 250 28400 123716.00 0.72 39.6 250 29800 123722.00 0.74 39.5 250 27600 1237

Rata-rata 0.73 39.33 250 28625 1237

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

Tabel 4.3 Data Sistem NH3 Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007

item Sistem NH3

38

Page 37: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Waktu

PIA – 106(kg/cm2)

PI – 103 Disc(kg/cm2)

FRC – 102 NH3 in(T/H)

FRC – 105 NH3 in

(oC)Desain 24 – 25 240 – 360 86 – 110 95 – 9002.00 24 248 98 8008.00 24 248 98 8016.00 24 248 96 8022.00 24 248 96 80

Rata-rata 24 248 97 80

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

Tabel 4.4 Data Sistem Karbamat Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007

item

Waktu

Sistem Carbamat

PIA – 104(kg/cm2)

PIA – 107 Disc

(kg/cm2)

FICA - 106(kg/cm2 TI – 102

(oC)Flow(M3 / Hr)

Opening

Desain 24 – 25 240 – 260 70 – 90 - 110 max02.00 24.2 245 78 20 103.208.00 24.2 245 78 20 103.616.00 24.2 245 76 20 103.322.00 24.2 245 76 20 103.1

Rata-rata 24.23 245 77 20 103.3

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

Tabel 4.5 Data Kemurnian Umpan Analisa Laboratorium Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007

Parameter AnalisaCO2 NH3

% Vol % Vol00.00

08.00

16.00

22.00

98.00

98.40

98.30

98.30

99.87

99.87

99.87

99.87Rata-rata 98.23 99.87

Sumber : Data analisa Laboratorium, PT. PIM

Tabel 4.6 Data Komposisi Larutan Recycle Carbamat Menurut Desain

Komponen Komposisi ( % Wt)Urea

NH3

CO2

10.1

36.7

33.6

39

Page 38: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

H2O

Biuret

19.2

0.4Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

Tabel 4.7 Data Berat Molekul Komposisi Larutan Recycle Carbamat

Komponen Rumus Kimia Berat MolekulAmmonia

Karbon Dioksida

Urea

Air

Biuret

Karbamat

NH3

CO2

NH2CONH2

H2O

NH2CONHCONH2

NH2COO NH4

17

44

60

18

103

78Sumber : Data analisa Laboratorium, PT. PIM

Tabel 4.8 Data Laju Operasi dan Laju Produksi Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007

Rate Operasi (%) Rate Produksi (%)100.05 100.08

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

4.2 Hasil Pengolahan

Dari pengolahan data hasil pengamatan yang ada di lapangan, maka diperoleh

hasil data perhitungan neraca massa sebagai berikut.

Tabel 4.2.1 Data Hasil Perhitungan Neraca Massa (aktual)

KomponenMassa Masuk Massa Kaluar

F1 (kg/hr) F2 (kg/hr) F3 (kg/hr) F4 (kg/hr)Urea

NH3

CO2

H2O

Biuret

-

-

54934.44

-

-

-

96873.90

-

126.10

-

8489.10

30836.53

28240.97

16137.70

336.02

90952.80

81042.06

22790.24

4096692

232.78

Total54934.44 97000 84050.36

235984.80235984.80

Sumber : Data hasil perhitungan aktual

40

Page 39: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Tabel 4.2.2 Data Hasil Perhitungan Neraca Massa (Desain)

KomponenMassa Masuk Massa KaluarF1 (kg/hr) F2 (kg/hr) F3 (kg/hr) F4 (kg/hr)

Urea

NH3

CO2

H2O

Biuret

-

-

50463

-

-

-

95745

-

-

-

8239

30058

27536

15707

364

87930

80700

19655

39575

252

Total50463 95745 81904

228112228122

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

BAB V

PEMBAHASAN

Reaktor Urea dioperasikan pada tekanan 283 kg/cm2 dan pada temperatur

199,48 oC. Ditinjau dari hasil perhitungan neraca massa pada reaktor urea, larutan

urea yang di hasilkan menurut desain dan menurut aktualnya sangat berbeda.

Berdasarkan harga desain besarnya massa larutan urea yang di hasilkan adalah

228112 Kg/jam. Sedangkan berdasarkan harga aktual yang ada dilapangan besarnya

massa urea yang dihasilkan adalah 235984.80 Kg/jam. Dari data tersebut dapat

diketahui bahwa urea yang di hasilkan pada kondisi aktual lebih besar bila di

bandingkan dengan kondisi desain nya. Hal ini dikarenakan konversi kesetimbangan

CO2 lebih kecil pada kondisi aktualnya dibandingkan dengan kondisi desainnya,

yaitu pada kondisi aktual sebesar 72.60 % sedangkan pada kondisi desain konversi

CO2 sebesar 74.80 %. Diharapkan konversi CO2 sesuai dengan desain agar tidak

terjadi perubahan pada hasil produksi dan juga kerusakan – kerusakan pada alat

41

Page 40: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

operasi. Dan juga dikarenakan oleh reaktor Urea yang tidak dilengkapi dengan tray

sehingga dapat diasumsikan laju akumulasi adalah 0. Selain itu besarnya komponen

yang masuk ke reaktor (52 – DC 101) lebih besar pada kondisi aktualnya

dibandingkan dengan desainnya. Hal ini disebabkan karena rate operasi lebih besar

aktual daripada desain.

Demikian juga halnya dengan NH3 yang masuk ke reaktor pada kondisi

aktual lebih besar daripada kondisi desain. Pada kondisi aktual dilihat jumlah NH3

yang masuk ke reaktor sebesar 97000 Kg/jam, sedangkan pada kondisi desain

sebesar 95745 Kg/Jam. Hal tersebut disebabkan oleh perubahan kemurnian NH3

sebesar 99,87 % yang selebihnya adalah jumlah H2O yang masuk ke reaktor bersama

NH3, yang mana jumlah H2O yang ikut masuk bersama NH3 adalah sebesar 126.10

Kg/Jam. Faktor lain adalah penambahan Ammonia berlebih ke dalam reaktor

sebanyak 1 mol, yang semulanya adalah 2 mol mak menjadi 3 mol guna

memperkecil terbentuknya biuret. Dari segi terbentuknya biuret pada kondisi aktual

lebih kecil dan di harapkan lebih kecil dari 1 %. Biuret akan mudah terbentuk pada

temperatur di atas 90 oC, maka perlu di perhatikan kelebihan konsentrasi ammonia

dalam proses pembentukan urea, karena biuret merupakan racun bagi tanaman

Dari perhitungan neraca massa dapat dilihat bahwa jumlah recycle carbamat

solution yang masuk ke reaktor adalah lebih tinggi yakni sebesar 84050.36 Kg/Jam

pada kondisi aktual. Sangat jauh berbeda dengan kondisi desainnya yaitu sebesar

81904 Kg/Jam. Hal ini dikarenakan oleh besarnya opening valve rata-rata yang ada

pada high pressure absorber cooler adalah 10 % yang mempengaruhi massa recycle

yang masuk ke rektor. Sehingga jumlah komponen recycle carbamat yang masuk ke

reaktor adalah sebesar 83570.5 Kg/Jam dan juga penambahan jumlah H2O sebesar

480 Kg/Jam, selain itu juga pengaruh mol ratio N/C antar desain dan aktual, pada

42

Page 41: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

kondisi desain didapat mol ratio N/C yaitu 4.00 mol sedangkan pada kondisi aktual

sebesar 3.76 mol, diharapkan sesuai kondisi desain agar terjadi kesempurnaan

konversi CO2 menjadi urea..

43

Page 42: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

Dari hasil perhitungan dan pembahasan dapat diambil kesimpulan antara

lain :

1. Pada kondisi aktual lebih banyak dihasilkan urea dibandingkan dengan kondisi

desainkarena rate operasi pada kondisi aktual lebih tinggi dibandingkan kondisi

desain.

2. Dengan menurunnya mol N/C dari 4.00 mol menjadi 3.76 mol maka reaktor dapat

beroperasi di bawah tekanan desain sehingga laju outlet reaktor menurun , dan ini

dapat mengurangi laju korosi pada outlet reaktor

3. Berdasarkan jumlah pembentukan urea pada kondisi aktual reaktor urea maka

performance reaktor urea layak dioperasikan.

6.2 Saran

Dalam pengoperasian agar dilakukan pengontrolan terhadap konversi CO2

agar mempertinggi terbentuknya urea dan juga menjaga mol ratio N/C dan H/C yang

tetap sesuai dengan desain.

44

Page 43: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous, 1958, Toyo Engineering Coorporation, Technical for Ammonia Plant,

Japan, PT. Pupuk Iskandar Muda, Lhokseumawe

Anonymous, 1994, Prinsip-prinsip Dasar dan Operasi, PT. Pupuk Iskandar Muda,

Lhokseumawe

Geankoplis, C.J, 1083, Transport Process and Unit Operations, Second Edition,

Allyn and Bacon, Inc, Boston

Himmelblau, M. David, 1982, Basic Principles and Calculation in Chemical

Engineering, Fifth Edition, Prentice – Hall International, Inc, New Jersey

Keenan, Kleinfelter, Wood, 1986, Kimia Untuk Universitas, Jilid 1, Edisi Keenam,

Erlangga, Jakarta

McCabe, M.L and Smith, J.E, 1986, Operasi Teknik Kimia, Jilid 1, Edisi Keempat,

Erlangga, Jakarta

Strelzoff, Samuel, 1981, Technology and Manufacture of Ammonia, John Wiley and

Sons, New York, USA

\

45

Page 44: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN AKTUAL

A.1 Perhitungan Neraca Massa

A.1.1 Neraca Massa Masuk Reaktor Urea (52-DC-101)

Gambar A.1 Reaktor Sintesa Urea

Operasi reactor urea adalah steady state (akumulasi 0)

1. Neraca massa komponen CO2 masuk reactor urea

Flow CO2 masuk reaktor (FRC-101) = 28625 Nm3/hr

Kemurnian = 98,23%

Tekanan rata-rata aktual (PIA-201) = 0,73 kg/cm2

Temperatur rata-rata aktual (TI-102-1) = 39,33oC

Tekanan desain = 0,6 kg/cm2

Temperature desain = 38oC

Berdasarkan temperatur dan tekanan rata-rata aktual, didapat faktor koreksi

untuk CO2 = 1,0386 dari tabel faktor koreksi.

Laju alir gas CO2 = (28625 Nm3/hr) x 0,9823 x 1,0386 = 29203,71 Nm3/hr

Diketahui laju alir gas CO2 ke LPD (FIC-203) = 1237 Nm3/hr

46

52-DC-101

Ke DA-201

Dari CO2

Plant Dari NH3 plant

Recycle Carbamat Solution

F1 F2F3

F4

Page 45: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Laju alir gas CO2 masuk ke reaktor = (29203,71 – 1237) Nm3/hr

= 27966,71 Nm3/hr x (1 kmol/22,4 Nm/hr)

= 1248,51 kmol/hr

2. Ammonia NH3 masuk reaktor

Laju NH3 ke reaktor (FRC-102) = 97 ton/hr

= 97000 kg/hr

Kemurnian NH3 = 99,87 %

Laju alir NH3 ke reaktor = 97000 kg/hr x 0,9987

= 96873,90 kg/hr

= 5698,46 kmol/hr

H2O yang masuk bersama NH3 = (0,0013 x 97000)kg/hr

= 126,10 kg/hr

3. Aliran umpan recycle carbamat solution

Laju (FICA-106) = 77m3/H

Spesifikasi gravity = 1,15 gr/cm3 (data analisa lab)

Opening valve rata-rata = 10 %

Berdasarkan Opening Valve rata-rata di dapat flow recycle to HPAC = 4,33

m3/hr dari gambar flow recycle to HPAC.

Maka recycle carbamat solution masuk ke reaktor urea adalah

= (77 – 4,33) m3/hr x 1,15 gr/cm3 x 106) m3/cm3 x 1 kg/1000gr

= 83570,5 kg/hr.

Dari neraca massa desain H2O yang ditambahkan pada pompa Rc adalah 480

kg/hr.

Total recycle carbamat = (83570,5 + 480) kg = 84050,5 kg/hr

Laju alir masing-masing komposisi recycle carbamat solution masuk ke reaktor

urea adalah :

Urea = 10,1 % x 84050,5 = 8489,10 kg/hr = 141,49 kmol/hr

NH3 = 36,7 % x 84050,5 = 30846,53 kg/hr = 1814,50 kmol/hr

CO2 = 33,6 % x 84050,5 = 28240,97 kg/hr = 641,84 koml/hr

H2O = 19,2 % x 84050,5 = 16137,70 kg/hr = 896,54 kmol/hr

Biuret = 0,4 % x 84050,5 = 336,02 kg/hr = 3,26 kmol/hr

47

Page 46: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Maka komponen masuk reaktor :

Urea = 141,49 kmol/hr = 8494,40 kg/hr

NH3 = (1814,50 + 5698,46) kmol/hr = 7512,96 kmol/hr = 127720,32

kg/hr

CO2 = (641,84 + 1248) kmol/hr = 1890,35 kmol/hr = 83175,40

kg/hr

H2O = (896,54 + 7,01) kmol/hr = 903,55 kmol/hr = 16263,90

kg/hr

Biuret = 3,26 kmol/hr = 335,78 kg/hr

Total = 235984,80

kg/hr

A.1.2 Neraca Massa keluar Reaktor Urea (52-DC-101)

Untuk mengetahui konversi reaksi dalam reaktor, maka urea dan biuret yang ada

dalam recycle carbamat dikonversikan kembali menjadi NH3 dan CO2

1. Konversi urea menjadi NH3 dan CO2

NH2CONH2 + H2O 2NH3 + CO2

Basis mol urea yang ada : 141,49 kmol/hr

H2O yang bereaksi = 141,49 kmol/hr x 1 = 2546,82 kg/hr

NH3 yang terbentuk = 141,49 kmol/hr x 2 = 4810,66 kg/hr

CO2 yang terbentuk = 141,49 kmol/hr x 1 = 6225,56 kg/hr

2. Konversi biuret menjadi urea

NH2CONHCONH2 + NH3 2NH2CONH2

Basis : 3,26 kmol/hr biuret

NH3 yang bereaksi = 1 x 3,26 kgmol/hr = 2546,82 kg/hr

Urea yang terbentuk = 2 x 3,26 kgmol/hr = 391,20 kg/hr

3. Urea yang terbentuk dari biuret, dikonversikan lagi menjadi CO2 dan NH3.

Basis : 6,52 kmol/hr urea

H2O yang bereaksi = 1 x 6,52 kmol/hr = 117,36 kg/hr

NH3 yang terbentuk = 2 x 6,52 kmol/hr = 13,04 kmol/hr =

221,68kg/hr

CO2 yang terbentuk = 1 x 6,52 kmol/hr = 286,88 kg/hr

48

Page 47: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Total kandungan NH3 masuk ke reaktor (52-DC-101)

NH3 = (NH3 yang masuk reaktor + NH3 R1 – NH3 R2 + NH3 R3) kmol/hr

= (7512,96 + 141,49 – 3,26 + 13,04) kmol/hr

= 7644,23 kmol/hr

Total CO2 masuk ke reaktor

CO2 = (CO2 masuk reaktor + CO2 R1 + CO2 R3) kmol/hr

= (1890,35 + 141,49 + 6,52) kmol/hr

= 2038,36 kmol/hr

Total H2O masuk ke reaktor

H2O = (H2O masuk reaktor – H2O R1 – H2O R3) kmol/hr

= (903,55 – 141,49 – 6,25) kmol/hr

= 755,4 kmol/hr

Perbandingan N/C dalam reaktor :

N/C = (a) = mol NH3 / mol CO2 = 3,76

Perbandingan H/C dalam reaktor :

H/C = (b) = mol H2O / mol CO2 = 0,37

Dari grafik urea synthesis Equilibrium convertion pada N/C = 3,76 dan H/C = 0,37

diperoleh konversi reaksi pada temperatur top reaktor 199,5oC adalah = 72,60 %.

Persamaan reaksi di reaktor (DC-101)

2NH3 + CO2 NH2COONH4

NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O

2NH3 + CO2 NH2CONH2 + H2O

Basis : 1890,35 kmol CO2 masuk reaktor

1. CO2 masuk reaktor = 1890,35 kmol/hr

CO2 yang bereaksi = 0,7260 x 1890,35 kmol/hr = 1372,39 kmol/hr

CO2 yang tidak bereaksi = (1890,35 – 1372,39) kmol/hr = 517,96

kmol/hr

2. NH3 yang bereaksi = 2 x 1372,39 kmol/hr = 2744,78 kmol/hr

NH3 yang tidak bereaksi = (7512,96 – 2744,78) kmol/hr = 4768,18

kmol/hr

3. Urea yang terbentuk = 1 x 1372,39 kmol/hr = 1372,39 kmol/hr

4. H2O yang terbentuk = 1 x 1372,39 kmol/hr = 1372,39 kmol/hr

49

Page 48: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Selain dari reaksi di atas pada reaktor urea juga terjadi reaksi :

Biuret yang bereaksi dalam reaktor

NH2CONHCONH2 + NH3 2NH2CONH2

Neraca massa design

Biuret masuk reaktor = 364 kg/hr

Biuret keluar reaktor = 252 kg/hr

Biuret yang bereaksi = 364 – 252 = 112 kg/hr

% biuret yang menjadi urea = 112 x 100 %

364

= 30,77 %

Basis : 3,26 kmol/hr biuret masuk reaktor

Biuret yang bereaksi = (0,3077 x 3,26) kmol/hr = 1,00 kmol/hr

Biuret yang tidak bereaksi = (3,26 – 1,00) kmol/hr = 2,26 kmol/hr

NH3 yang dibutuhkan = (1 x 1,00) kmol/hr = 1,00 kmol/hr

NH3 yang tidak bereaksi = (NH3 yang tidak habis bereaksi – NH3 yang

dibutuhkan)

= (4768,18 – 1,00) kmol/hr = 4767,18 kmol/hr

Urea yang terbentuk = (2 x 1,00) kmol/hr = 2,00 kmol/hr

Urea yang terbentuk dari kedua reaksi = (1372,39 + 2,00) kmol/hr

= 1374,39 kmol/hr

Total massa keluar reaktor urea adalah

Urea = (141,49 + 1374,39) kmol/hr = 1515,88 kmol/hr = 90952,80 kg/hr

NH3 = 4767,18 kmol/hr = 81042,06 kg/hr

CO2 = 517,96 kmol/hr = 22790,24 kg/hr

H2O = (903,55 + 1372,39) kmol/hr = 2275,94 kmol/hr = 40966,92 kg/hr

Biuret = 2,26 kmol/hr = 232,78 kg/hr

Total = 235984,80 kg/hr

50

Page 49: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Urea = 90952,80 kg/ hr

NH3 = 81042,06 kg/ hr

CO2 = 22790,24 kg/ hr

H2O = 40966,92 kg/ hr

Biuret = 232,78 kg/ hr

Urea = 90952,80 kg/ hr

NH3 = 81042,06 kg/ hr

H2O = 40966,92 kg/ hr

Bieuret = 232,78 kg/ hr

NH3 = 96873,90 kg/ hr

H2O = 126, 10 kg/hr

Gambar A.2 Skema Neraca Massa Reaktor Sintesa Urea (aktual(

51

ReaktorUrea

CO2 = 549344,44 kg/hr

Page 50: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN DESAIN

B.1 Perhitungan Neraca Massa

B.1.1 Neraca Massa Masuk Reaktor Urea (52-DC-101)

Gambar B.1 Reaktor Sintesis Urea

Operasi reaktor urea adalah steady state (akumulasi 0)

1. Neraca massa komponen CO2 masuk reaktor urea

Flow CO2 masuk reaktor (FRC-101) = 1146,88 Nm3/hr = 50463 kg/hr

2. Ammonia (NH3) masuk reaktor

Laju NH3 ke reactor (FRC-102) = 5632,05 Nm3/hr = 95745 kg/hr

3. Aliran umpan recycle carbamat solution

Laju alir masing-masing komposisi recycle carbamat solution masuk reaktor

urea adalah :

Urea = 8239 kg/hr = 137,32 kmol/hr

NH3 = 30058 kg/hr = 1768,12 kmol/hr

CO2 = 27536 kg/hr = 625,82 kmol/hr

H2O = 15070 kg/hr = 872,61 kmol/hr

Biuret = 364 kg/hr = 3,53 kmol/hr

52-DC-101

Ke DA-201

Dari CO2

PlantDari NH

3 plant

Recycle Carbamat SolutionF1

F2

F3

F4

52

Page 51: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Maka komponen masuk reaktor :

Urea = 137,32 kmol/hr = 8239 kg/hr

NH3 = (1768,12 + 5632,06) kmol/hr = 7400,18 kmol/hr = 125803 kg/hr

CO2 = (625,82 + 1146,89) kmol/hr = 1772,71 kmol.hr = 77999 kg/hr

H2O = 872,61 kmol/hr = 15707 kg/hr

Biuret = 3,53 kmol/hr = 364 kg/hr

Total = 228112 kg/hr

B.1.2 Neraca Massa keluar Reaktor Urea (52-DC-101)

Untuk mengetahui konversi reaksi dalam reaktor, maka urea dan biuret yang ada

dalam recycle carbamat dikonversikan kembali menjadi NH3 dan CO2

1. Konversi urea menjadi NH3 dan CO2

NH2CONH2 + H2O 2NH3 + CO2

Basis mol urea yang ada : 137,32 kmol/hr

H2O yang bereaksi = 137,32 kmol/hr x 1 = 137,32 kmol/hr

NH3 yang terbentuk = 137,32 kmol/hr x 2 = 274,64 kmol/hr

CO2 yang terbentuk = 137,32 kmol/hr x 1 = 137,32 kmol/hr

2. Konversi biuret menjadi urea

NH2CONHCONH2 + NH3 2NH2CONH2

Basis : 3,53 kmol/hr biuret

NH3 yang bereaksi = 1 x 3,53 kmol/hr = 3,53 kmol/hr

Urea yang terbentuk = 2 x 3,53 kmol/hr = 7,06 kmol/hr

3. Urea yang terbentuk dari biuret, dikonversikan lagi menjadi CO2 dan NH3.

Basis : 7,06 kmol/hr urea

H2O yang bereaksi = 1 x 7,06 kmol/hr = 7,06 kmol/hr

NH3 yang terbentuk = 2 x 7,06 kmol/hr = 14,12 kmol/hr

CO2 yang terbentuk = 1 x 7,06 kmol/hr = 7,06 kmol/hr

Total kandungan NH3 masuk ke reactor

NH3 = (NH3 yang masuk reaktor + NH3 R1 - NH3 R2 + NH3 R3) kmol/hr

= (7400,18 + 274,64 – 3,53 + 14,12) kmol/hr

= 7685,41 kmol/hr

53

Page 52: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Total CO2 masuk ke reaktor

CO2 = (CO2 masuk reaktor + CO2 R1 + CO2 R3) kmol/hr

= (1772,71 + 137,32 + 7,06) kmol/hr

= 1917,09 kmol/hr

Total H2O masuk ke reaktor

H2O = (H2O masuk reaktor – H2O R1 - H2O R3) kmol/hr

= (872,61 - 137,32 – 7,06) kmol/hr

= 728,23 kmol/hr

Perbandingan N/C dalam reaktor :

N/C = (a) = mol NH3 / mol CO2 = 4,00

Perbandingan H/C dalam reaktor :

H/C = (b) = mol H2O / mol CO2 = 0,38

Dari grafik urea synthesis Equilibrium convertion pada N/C = 4,00 dan H/C = 0,38

diperoleh konversi reaksi pada temperature top reaktor 200oC adalah = 74,8 %.

Persamaan reaksi di reactor

2NH3 + CO2 NH2COONH4

NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O

2NH3 + CO2 NH2CONH2 + H2O

Basis : 1772,71 kmol CO2 masuk reaktor

1. CO2 masuk reaktor = 1772,71 kmol/hr

CO2 yang bereaksi = 0,748 x 1772,71 kmol/hr = 1326,00 kmol/hr

CO2 yang tidak bereaksi = (1890,35 – 1326,00) kmol/hr

= 446,71 kmol/hr

2. NH3 yang bereaksi = 2 x 1326,00 kmol/hr = 2652 kmol/hr

NH3 yang tidak bereaksi = (7400,18 – 2652) kmol/hr = 4748,18 kmol/hr

3. Urea yang terbentuk = 1 x 1326,00 kmol/hr = 1326,00 kmol/hr

4. H2O yang terbentuk = 1 x 1326,00 kmol/hr = 1326,00 kmol/hr

Selain dari reaksi di atas pada reactor urea juga terjadi reaksi :

Biuret yang bereaksi dalam reaktor

NH2CONHCONH2 + NH3 2NH2CONH2

54

Page 53: 24209561 Proses Ammonia Dan Urea PT PIM Da Performance Reaktor Urea

Neraca massa design

Biuret masuk = 364 kg

Biuret keluar = 252 kg

Biuret yang bereaksi = 364 – 252 = 112 kg

% biuret yang menjadi urea = 112 x 100 %

364

= 30,77 %

Basis : 3,53 kmol/hr biuret masuk reaktor

Biuret yang bereaksi = (0,3077 x 3,53) kmol/hr = 1,09 kmol/hr

Biuret yang tidak bereaksi = (3,53 – 1,09) kmol/hr = 2,44 kmol/hr

NH3 yang dibutuhkan = (1 x 1,09) kmol/hr = 1,09 kmol/hr

NH3 yang tidak bereaksi = (NH3 yang tidak habis bereaksi – NH3 yang

dibutuhkan)

= (4748,18 – 1,09) kmol/hr = 4747,09 kmol/hr

Urea yang terbentuk = (2 x 1,09) kmol/hr = 2,18 kmol/hr

Urea yang terbentuk dari kedua reaksi = (1326 + 2,18) kmol/hr

= 1328,18 kmol/hr

Total massa keluar reaktor urea adalah

Urea = (137,32 + 1328,18) kmol/hr = 87930 kg/hr

NH3 = 4767,09 kmol/hr = 80700 kg/hr

CO2 = 446,72 kmol/hr = 19655 kg/hr

H2O = (872,61 + 1326) kmol/hr = 39575 kg/hr

Biuret = 2,44 kmol/hr = 252 kg/hr

Total = 228112 kg/hr

55