BAB IBAB ISatuan Operasi dan Satuan Proses Satuan Operasi dan Satuan Proses

dalam Industri Kimiadalam Industri Kimia

BAB IBAB ISatuan Operasi dan Satuan Proses Satuan Operasi dan Satuan Proses

dalam Industri Kimiadalam Industri Kimia

Pengertin dan Aspek Penting Industri Kimia Industri kimia merupakan industri dimana melalui serangkian

operasi dilaksanakan proses pengubahan sifat bahan baku (raw material) secara ekonomi sehingga menjadi bahan lain (produk) yang lebih berguna, pada skala komersial/besar.

Bahan baku: bahan mentah atau bahan setengah jadi.Produk: produk jadi atau setengah jadi

Dalam industri kimia diterapkan teknologi kimia untuk mengolah bahan baku menjadi produk melalui penggunaan proses fisika dan/atau proses kimia.

Pada pengoperasian industri kimia dibutuhkan: materi, energi (dalam berbagai bentuknya), tenaga kerja, sistem kontrol.

Keterkaitan antara materi, energi, tenaga kerja, sistem kontrol di industri kimia, sbb.:

Pengertin dan Aspek Penting Industri Kimia Industri kimia merupakan industri dimana melalui serangkian

operasi dilaksanakan proses pengubahan sifat bahan baku (raw material) secara ekonomi sehingga menjadi bahan lain (produk) yang lebih berguna, pada skala komersial/besar.

Bahan baku: bahan mentah atau bahan setengah jadi.Produk: produk jadi atau setengah jadi

Dalam industri kimia diterapkan teknologi kimia untuk mengolah bahan baku menjadi produk melalui penggunaan proses fisika dan/atau proses kimia.

Pada pengoperasian industri kimia dibutuhkan: materi, energi (dalam berbagai bentuknya), tenaga kerja, sistem kontrol.

Keterkaitan antara materi, energi, tenaga kerja, sistem kontrol di industri kimia, sbb.:

Keterkaitan antara Materi, Energi, Tenaga Kerja dan Sistem Kontrol di Industri Kimia

Materi: bahan baku dan bahan pendukungEnergy: bahan bakar (cair, padat, gas), termal dan listrikUnit operation: dilaksanakan dg alat-alat/sistem peralatanControl: dilakukan dg instrumen kontrol Labour: tenaga ahli (ahli kimia dan ahli teknik)

Pemilihan lokasi pendirian suatu industri kimia ditentukan oleh berbagai faktor, yaitu ketersediaan secara memadahi dalam hal komponen-komponen berikut: 1. Sumber bahan baku2. Sarana transportasi dan infrastruktur (darat, laut, udara)3. Utilitas (air, bahan bakar, listrik)4. Lahan5. Peluang pemasaran6. Kondisi sosial, politik (keamanan), dan ekonomi.

Pemilihan lokasi pendirian suatu industri kimia ditentukan oleh berbagai faktor, yaitu ketersediaan secara memadahi dalam hal komponen-komponen berikut: 1. Sumber bahan baku2. Sarana transportasi dan infrastruktur (darat, laut, udara)3. Utilitas (air, bahan bakar, listrik)4. Lahan5. Peluang pemasaran6. Kondisi sosial, politik (keamanan), dan ekonomi.

Ilustrasi Keterkaitan Pemilihan Lokasi

Jenis-Jenis Industri Kimia

Jenis industri kimia berdasarkan jenis bahan baku yang digunakan: 1. Industri kimia berbahan baku galian padat Contoh: industri semen, industri keramik, industri gelas,

industri logam, dll.2. Industri kimia berbahan baku minyak bumi dan gas alam

Contoh: industri pengilangan minyak bumi, industri LPG, industri LNG, industri petrokimia (industri

bahan dasar polimer, perisa, dll.), industri pupuk urea, dll.

3. Industri kimia berbahan baku hasil tanaman/nabati Contoh: industri minyak goreng, industri minyak atsiri,

industri sabun, industri kertas, industri gula, industri biodiesel, industri etanol (untuk bahan bakar =

bioetanol, minuman atau keperluan industri), industri karbon aktif, dll.

Jenis-Jenis Industri Kimia

Jenis industri kimia berdasarkan jenis bahan baku yang digunakan: 1. Industri kimia berbahan baku galian padat Contoh: industri semen, industri keramik, industri gelas,

industri logam, dll.2. Industri kimia berbahan baku minyak bumi dan gas alam

Contoh: industri pengilangan minyak bumi, industri LPG, industri LNG, industri petrokimia (industri

bahan dasar polimer, perisa, dll.), industri pupuk urea, dll.

3. Industri kimia berbahan baku hasil tanaman/nabati Contoh: industri minyak goreng, industri minyak atsiri,

industri sabun, industri kertas, industri gula, industri biodiesel, industri etanol (untuk bahan bakar =

bioetanol, minuman atau keperluan industri), industri karbon aktif, dll.

... industri kimia berdasarkan jenis bahan baku: 4. Industri kimia berbahan baku hasil peternakan/hewani

Contoh: industri margarin, industri sabun, industri bahan-bahan penunjang industri makanan (gelatin, emulsifier,

stabilizer, pemanis, dll.), industri khitosan, industri pengolahan susu lembu, dll.

5. Industri berbahan baku bahan kimia dasar (= bahan intermediet)

Contoh: industri asam sulfat, formiat dari gas CO, industri asam nitrat dari amonia, industri gas nitrogen, dll.

... industri kimia berdasarkan jenis bahan baku: 4. Industri kimia berbahan baku hasil peternakan/hewani

Contoh: industri margarin, industri sabun, industri bahan-bahan penunjang industri makanan (gelatin, emulsifier,

stabilizer, pemanis, dll.), industri khitosan, industri pengolahan susu lembu, dll.

5. Industri berbahan baku bahan kimia dasar (= bahan intermediet)

Contoh: industri asam sulfat, formiat dari gas CO, industri asam nitrat dari amonia, industri gas nitrogen, dll.

Pemrosesan di Industri Kimia Kegiatan pemrosesan di industri kimia, umumnya dilakukan

dengan tahap-tahap yang sama, yang dapat digambarkan dalam diagram alir proses berikut:

Utilitas: materi & energi pendukung kelancaran kegiatan pemrosesan

Setiap tahap pengolahan, tersusun atas satu atau lebih unit proses. Setiap unit proses terdiri dari satu atau lebih unit operasi. Setiap unit operasi tersusun dari satu atau lebih alat.

Pemrosesan di Industri Kimia Kegiatan pemrosesan di industri kimia, umumnya dilakukan

dengan tahap-tahap yang sama, yang dapat digambarkan dalam diagram alir proses berikut:

Utilitas: materi & energi pendukung kelancaran kegiatan pemrosesan

Setiap tahap pengolahan, tersusun atas satu atau lebih unit proses. Setiap unit proses terdiri dari satu atau lebih unit operasi. Setiap unit operasi tersusun dari satu atau lebih alat.

Pengolahan awal/

pretreatmentProses Inti

Pengolahan akhir

Utilitas:- Air - Udara tekan- Uap air - Pengolah limbah- Energi (listrik, bahan bakar)

Bahan Baku/ Raw Matrerials

Produk

Keterkaitan antara alat, unit operasi dan unit proses di industri kimia: Keterkaitan antara alat, unit operasi dan unit proses di industri kimia:

Alat/sistem peralatan

Pabrik kimia

Unit Operasi

Unit Proses

(Optional)

Keterkaitan antara alat, unit operasi dan unit proses di industri kimia: Keterkaitan antara alat, unit operasi dan unit proses di industri kimia:

Alat/sistem peralatan

Unit Operasi

Unit Proses/Pabrik

Kimia

(Optional)

Contoh Kegiatan Pemrosesan di Industri Kimia

Unit OperationUnit Operation Definition:

A unit operation is any part of potentially multiple-step process which can be considered to have a single function. Unit operation is a basic step in a process. Each unit operation follows the same physical laws. A process may have many unit operations to obtain the desired product.

Chemical engineering unit operations consist of 5 classes: 1. Fluid flow processes, including: fluids transportation, filtration, solids fluidization 2. Heat transfer processes, including: evaporation, condensation 3. Mass transfer processes, including: gas absorption, distillation, extraction, adsorption, drying 4. Thermodynamic processes, including: gas liquefaction, refrigeration 5. Mechanical processes, including: solids transportation, crushing and pulverization, screening and sieving

Tinjauan beberapa contoh unit operation

1. Fluid flow processes Fluid transportation

A. Transportasi material cair atau slurry

a. Di industri kimia, pengangkutan material cair umumnya dilakukan dengan system perpipaan (saluran tertutup).

b. Hal-hal yang perlu diperhatikan: berat jenis, viskositas, dan tekanan uap dari cairan, serta kondisi lingkungan

c. Pengangkutan secara diskontinyu dapat berupa: bejana, container dan tangki

d. Pengangkutan secara kontinyu dipakai:

d.1 Pengangkutan dengan gaya berat (pemakaian terbatas)

d.2 Pengangkutan dengan gas bertekanan atau vacuum

d.3 Pengangkutan dengan pompa (yang sering dilakukan).

Persamaan dasar untuk perancangan pompa:

FWug

Zg

gPP

CC

2

2

1

(Bernoulli Equation)

poros

idealPP W

W QWP

W = kerja pompa;

P = daya pompa

F = friction losses

Jenis-jenis pompa: centrifugal pump, turbo pump, peristaltic pump, vacuum pump, airlift pump, dsb-nya.

1. Fluid flow processes Fluid transportation

B. Transportasi material gas

a. Dilakukan dalam sistem perpipaan

b. Hal-hal yang harus diperhatikan: titik kritis dan tekanan

c. Pengangkutan secara diskontinyu, dilakukan dengan bejana bertekanan

d. Pengangkutan secara kontinyu dilakukan dengan memanfaatkan tekanan gas itu sendiri.

Pengangkutan dengan: kompresor, blower atau fan.

1. Fluid flow processes Fluid transportation

C. Filtrasi

a. Pemisahan bahan (padat) dari bahan cair atau gas dengan memanfaatkan nilai ukuran partikel padat, dengan bantuan media filter dan beda tekan.

b Tujuan: memisahkan bahan padat dari cairan atau gas (untuk mengambil atau membuang fraksi padat, tergantung kasus)

c. Filtrasi cairan = Padat + Cair; Filtrasi gas = Padat + Gas

Hasil filtasi cairan: - cake (padatan, biasanya cairannya >)

- filtrate (cairan, dengan padatan <<)

Filtrasi gas: gas lolos media filter sedapat mungkin bebas debu.

d. Jenis proses filtrasi berdasarkan mekanisme pemisahan: filtrasi ayak (sieve filtration), filtrasi unggun dalam (deep bed filtration), dan filtrasi kue (cake filtration)

Beberapa contoh unit operation2. Mass Transfer Processes (separation processes), including: distillation, extraction, absorption, drying, and so on. Each of these can also be used for purification. Distillation

Distillation is a process which is generally used to separate a mixture of two or more liquids based on their boiling points.Operasional: The idea is that the mixture is fed into a

column and is heated up until it starts to boil. When a solution boils, the resulting gas is still a mixture, but the gaseous mixture will in general have more of the lower-boiling compound than the higher- boiling compound. Therefore, the higher-boiling compound can be separated from the lower-

boiling compound.Jenis-jenis: - boiling/atmospheric distillation, steam

distillation, vacuum distillation, azeotrope distillation - batch distillation, continue distillation

Distillation

Jenis-jenis: - boiling/atmospheric distillation, steam distillation, vacuum distillation, azeotrope distillation

- batch distillation, continue distillation

- distillation by reflux (partial and total), distillation by non-reflux

Contoh: - Ethanol/water, boiling distillation: 78,2 oC (product: ethanol 96%)

- Nitric acid/water, boiling distillation: 120,5 oC (product: nitric acid 68%)

- Sulfuric acid/water, boiling distillation: 100 oC (product: sulfuric acid

93,3%)

Beberapa contoh unit operation

Absorption

1. Definisi: pemisahan yang dilakukan dengan cara menyerap uap yang mampu larut dari campurannya dimana uap itu terdapat bersama gas yang tak dapat larut, dengan bantuan zat cair sebagai penyerap.

Pada absorpsi, terjadi perpindahan massa komponen utama dari fase gas ke fase cair. Jika arah perpindahan massanya

berlawanan dari absorpsi ini, dikenal sebagai desorpsi atau stripping. 2. Jenis: - absorpsi dalam kolom pakcing

- absorpsi dalam kolom tray

3. Aplikasi:pemisahan ammonia dari campuran ammonia dan udara dengan menggunakan air sebagap cairan

penyerap.

Beberapa contoh unit operation Ekstraksi Cair-Cair (liquid extraction/solvent extraction) 1. Definisi: pemisahan komponen yang terdapat dalam campuran

cair menggunakan pelarut cair (solvent) yang mampu lebih banyak larut dengan komponen yang akan dipisahkan (solute), dan sedikit larut dengan

komponen lainnya dalam campuran (diluen/pengencer). Hasil ekstraksi berupa ekstrak dan

rafinat. Ekstrak: hasil yang kaya akan solute dan solvent. Rafinat kaya akan diluen.

Pada solvent extraction, terjadi perpindahan massa komponen utama dari fase cair (campuran umpan) ke fase cair lain (pelarut).2. Jenis: - Berdasarkan arah pengontakan (ekstraksi searah,

lawan arah dan silang) - Berdasarkan tahap pengontakan (ekstraksi satu

tahap dan ekstraksi multi tahap)3. Aplikasi : pemisahan senyawa aromatik dari fraksi minyak pelumas dengan pelarut polar bertitik didih rendah, misalnya: fenol atau furfural; pemungutan pinisilin dari cairan hasil fermentasi menggunakan butyl asetat ada pH tertentu; dsbnya.

Beberapa contoh unit operation Ekstraksi Padat-Cair (solid extraction/leaching) 1. Definisi: pemisahan komponen yang terjerap dalam padatan tak- aktif dengan bantuan pelarut cair. Bahan-bahan

terlarut (solute), kemudian dimurnikan dengan cara kristalisasi atau evaporasi.

Pada solid extraction, terjadi perpindahan massa komponen utama dari fase padat ke fase cair lain (pelarut). 2. Jenis: - ekstraksi secara perkolasi (dengan cara hamparan

bergerak) - ekstraksi secara dispersi

3. Aplikasi: Pemisahan lilin paraffin dari kertas dengan menggunakan kerosin, pengambilan minyak bahan pertanian/perkebunan (minyak kedelai, minyak

jagung, dsb-nya) dengan pelarut hexane, pengambilan kurkumin dari rimpang kunyit dengan pelarut etanol, dsb-nya.

Beberapa contoh unit operation Pengeringan (Drying)/ Dehumidifikasi 1. Definisi: pemisahan/pengambilah sejumlah kecil air atau zat cair dari bahan padat, sampai pada batas kandungan air/zat cair di dalam padatan yang diinginkan/dipersyaratkan.

Pada drying, terjadi perpindahan massa air/zat cair dari bahan padat ke udara/gas media pengering.

2. Bentuk padatan yang dikeringkan: serpih (flake), bijian (granule), kristal, serbuk (powder), lempeng (slab), atau lembaran sinambung (continuous sheet) 3. Jenis: - batch drying dan continuous drying

- adiabatic drying dan non-adiabatic drying - cross-circulation drying, through-circulation

drying, rotary-outpouring drying, fluidization drying, pneumatic drying, spray drying.

4. Aplikasi: Pengeringan bahan-bahan pertanian, pengeringan di industri kimia dengan produk berupa padatan (susu powder, NaOH pelet, semen, urea pril, dsb-nya).

Beberapa contoh unit operation3. Heat Transfer Processes, including: evaporation, condentation, cooling, and heating.

a. Definisi umum: Heat Transfer Processes merupakan proses- proses yang melibatkan kegiatan penambahan atau pengurangan kandungan energi termal dari suatu bahan dengan cara pengontakan termal (langsung atau tidak

langsung)

b. Mekanisme pokok operasi: perubahan temperatur dan perubahan fase

Perubahan temperatur: cooling dan heatingPerubahan fase: evaporation dan condentation

c. Mekanisme perpindahan panas: konduksi, konveksi, radiasi, gabungan

c. Alat-alat: Heat Exchaner dengan berbagai tipe dan jenis. Penamaan HE dikaitkan dengan fungsi

utamanya (cooler, heater, evaporator, condenser, reboiler, economizer, dll)

Beberapa contoh unit operation4. Mechanical Processes Solid Transportationa. Kegiatan utama: memindahkan material padat (umpan,

hasil antara, atau produk) dari alat pemrosesan sebelumnya ke alat pemrosesan berikutnya

b. Cara pengangkutan: diskontinyu atau kontinyuc. Pengangkutan secara diskontinyu: bejana, container, silo, lift, crane dan kerata gantung. d. Pengangkutan secara kontinyu:

d.1 Pengangkutan dg memanfaatkan gaya berat material d.2 Pengangkutan dg getaran (vibrating conveyor)d.3 Pengangkutan dg spiral (screw conveyor)d.4 Pengangkutan dg rantai (chain conveyor)d.5 Pengangkutan dg keranjang (bucket conveyor / elevator)d.6 Pengangkutan dg sabuk (belt conveyor)d.7 Pengangkutan dg plat (plate conveyor)d.8 Pengangkutan dg rol (gravity roller conveyor)

d.9 Pengangkutan dg hembusan udara (pneumatic conveyor)

Beberapa contoh unit operation4. Mechanical Processes Crushing and Pulverizationa. Jenis: pengecilan kasar (memecah) dan pengecilan halus (penggilingan)b. Tujuan/fungsi: mereduksi ukuran suatu material padat agar diperoleh luas

permukaan yang lebih besar. * Pembesaran luas permukaan, mempercepat: pelarutan, reaksi kimia,

mempertinggi kemampuan penjerapan, menambah kekuatan warna* Reduksi ukuran: pengangkutan lebih mudah, mudah diproses lanjut,

bentuk komersial lebih baik.c. Prinsip kerja alat-alat pengecil ukuran: memukul, menekan, menggilas/menggesek, menumbuk dan memotong.d. Contoh-contoh alat pengecil ukuran:

* Alat pengecilan kasar (pemecah): pemecah jepit (jaw crusher), pemecah bilah (cam crusher) dan pemecah gilas (rolling crusher).

* Alat pengecilan halus (penggilingan): penggiling pukul (hammer mill), penggiling bola (ball mill), penggiling potong (cutting

mill), penggiling gesek (friction mill), penggiling pasak (pinned disk mill), dan lain-lain.

e. Pemilihan alat berdasarkan ukuran butir yang diinginkan: * Penggilingan kasar (ukuran butir: 0,1 – 1 mm) * Penggilingan halus (ukuran butir: 0,01 – 0,1 mm), * Penggilingan sangat halus (ukuran butir: 0,001 – 0,01 mm)* Penggilingan koloidal (ukuran butir: < 0,001 mm).

Beberapa contoh unit operation4. Mechanical Processes Screening and Sieving

a. Tujuan/fungsi: untuk menghasilkan campuran butir dengan kelompok ukuran tertentu, agar dapat diolah lebih lanjut atau supaya diperoleh penampilan bentuk komersial yang diinginkan.

b.Alat screening berupa “ayakan”, yaitu alat berupa ayaman dengan mata jala berbentuk: persegi empat, bujur sangkar atau berupa plat yang berlubang-lubang bulat/ bulat panjang/ kisi.

c. Ukuran ayakan dinyatakan dalam satuan mesh, yaitu satuan yang menyatakan jumlah lubang yang terdapat pada 1 inch panjang linier kawat.

d.Mesin pengayak: mesin pengayak kocok, mesin pengayak getar, mesin pengayak ayun.

Beberapa contoh unit operation4. Mechanical Processes Clarifyinga. Penjernihan merupakan pemisahan secara mekanik berdasarkan perbedaan densitas, dg memanfaatkan gaya berat atau gaya sentrifugal. b. Jenis-jenis penjernihan:

Penjernihan cair – padatKecepatan pemisahan: perbedaan densitas padat-cair, viskositas ciran, luas permukaan per massa padatan, dan bentuk padatan.Alat: Tangki pengendap (settling tank), sentrifugal piring (disk centrifuge),

sentrifugal kamar (multi chamber centrifuge). Penjernihan cair – cair

Syarat: system harus berupa emulsi.Pada emulsi kasar: pemisahan dilakukan berdasarkan gaya berat. Pada emulsi halus: pemisahan dipercepat dengan gaya sentrifugal.Alat: Tangki pengendap (settling tank), sentrifugal piring (disk centrifuge),

decanter. Penjernihan padat – gas

Tujuan : memisahkan bahan-bahan padatan (debu) dari gasGaya-gaya utama yang digunakan: gaya berat dalam ruang pengendap, gaya bentur, gaya dorong, gaya sentrifugal (dalam siklon) dan gaya elektrostatik (dalam penyaring elektrik/electric precipitator).

Unit ProcessesUnit Processes Definition:

A unit operation is any part of potentially multiple-step process which can be considered to have a single function. Unit operation is a basic step in a process. Each unit operation follows the same physical laws. A process may have many unit operations to obtain the desired product.

Chemical engineering unit operations consist of 5 classes: 1. Fluid flow processes, including: fluids transportation, filtration, solids fluidization 2. Heat transfer processes, including: evaporation, condensation 3. Mass transfer processes, including: gas absorption, distillation, extraction, adsorption, drying 4. Thermodynamic processes, including: gas liquefaction, refrigeration 5. Mechanical processes, including: solids transportation, crushing and pulverization, screening and sieving

Industri semen merupakan contoh industri berbahan baku galian padat

Batu bara sebagai bahan baku berbagai jenis industri proses/kimia

Contoh industri kimia berbahan baku gas alam dan produk-produk turunan dari gas alam

Industri petrokimia merupakan jenis industri proses/kimia berbahan baku minyak bumi dan gas alam.

Industri etanol dari jagung, contoh industri proses/kimia berbahan baku SDA hayati

Khitin & Khitosan merupakan contoh

produk dari industri proses/kimia

berbahan baku SDA hewani

Industri asam nitrat dari amonia sebagai contoh industri proses/kimia berbahan baku berupa bahan kimia dasar (=amonia)