Upload
ryanzaprasetya
View
1.407
Download
134
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Tugas Khusus Efisiensi CO2 Kompresor, Neraca Massa, Neraca Panas, dan Audit Energi Pabrik Urea
Citation preview
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
BAB VI
TUGAS KHUSUS
Evaluasi Efisiensi Energi CO2 Kompresor pada Pabrik Urea dengan mempertimbangkan sifat Gas Non-ideal pada Tekanan
Tinggi
VI.1.1 Latar Belakang
Kompresor ini merupakan salah satu alat yang ada dalam proses
pembuatan urea di pabrik urea pusri-II Pupuk Sriwidjaja Palembang. Di
sini akan dievaluasi sebuah kompresor dengan tag number GB 151-J.
Dalam hal ini Kompresor adalah kompresor sentrifugal dengan
penggerak turbin uap yang berfungsi sebagai mengkompresi/menaikkan
tekanan CO2 menuju tekanan operasi reaktor sekitar 185 kg/cm2
sehingga konversi gas CO2 (pembentukan urea) bisa optimal.
Kompresor gas CO2 GB 151-J merupakan salah satu langkah
pertama dalam memproduksikan urea dan merupakan bagian daripada
sistem. Kompresor ini terdiri dari 4 stage dengan sistem intercooler
antara cases.
Gambar 6.1. CO2 compressor di unit sintesa
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
116
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Mengingat pentingnya fungsi kompresor 151-J, perlu dilakukan
analisa dan monitoring yang terus menerus terhadap unjuk kerja
kompresor tersebut. Untuk mengevaluasi unjuk kerja kompresor, perlu
diketahui data spesifikasi yang menunjukan karakteristik kompresor
dimaksud serta data kondisi operasi yang menunjukan kemampuan kerja
kompresor secara nyata.
Kompresor CO2 GB 151
Kompresor ini terdiri dari 4 bagian dan antara tiap cases dilengkapi
dengan pendingin, sebagai penggerak adalah steam turbine. Kompresor
GB 151 beroperasi dengan kecepatan normal design 20100 rpm
equivalent dengan kecepatan minimum 7440 rpm dan kecepatan
maksimum 12260 rpm. Gas masuk kompresor pada tekanan 0.6 kg/cm2
(8.53 Psia).
Gas masuk ke stage 1 kompresor pada suhu 42.10°C. Gas yang
keluar dari stage 1 pada suhu 215.86 °C didinginkan di 111-R sampai
42°C. Gas yang keluar ke stage 2 masuk pada tekanan 7 kg/cm2 (99.56
psia) kemudian keluar dari stage 2 didinginkan di 112-R sampai 41°C.
Gas kemudian masuk ke stage 3 dan keluar dengan tekanan 84.53
kg/cm2 dan suhu 146.71 °C lalu didinginkan di 113-R hingga suhu 52.95
°C. Setelah itu gas masuk ke stage 4. Gas keluar dari stage 4 dengan
tekanan 165 kg/cm2 dan suhu 121.08°C.
Kompresor dilengkapi dengan lube oil/seal oil console termasuk
juga pompa-pompa lube oil dan seal oil yang digerakkan oleh turbin,
pompa-pompa lube oil dan seal oil pelengkap (auxiliary) yang
digerakkan dengan motor, tangki overhead seal oil, penyaring dan
pendingin minyak, tangki pemisah gas sebelum minyak kembali ke
tangki reservoir penampung minyak, alarm untuk tekanan minyak
rendah start-up pompa auxiliary, alarm permukaan seal oil, dan alarm
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
117
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
beda tekanan yang tinggi di saringan minyak dari sistem lube
(pemanasan).
VI.1.2 Tujuan
1. Mengetahui prinsip kerja kompresor CO2 di pabrik urea dengan
meninjau segi kuantitatfinya.
2. Mengevalusi nilai efisiensi kompresor CO2 di pabrik urea pusri II.
VI.1.3 Metodologi
1. Mempelajari prinsip kerja kompresor CO2 di Pabrik Urea.
2. Observasi lapangan, dilakukan di PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang
pada Pabrik Urea Pusri II.
3. Pengambilan data design dan aktual di lapangan.
4. Penyelesaian perhitungan efisiensi dari kompresor CO2 di Pabrik
Urea pusri II.
VI.1.4 Tinjauan Pustaka
Fungsi dari sebuah kompresor adalah untuk menaikkan tekanan
suatu gas. Tekanan gas dapat ditingkatkan dengan memaksakan
pengurangan volumenya. Ketika volumenya dikurangi, tekanannya
meningkat. Sebuah kompresor “positive displacement”, memperlakukan
gas dengan cara tersebut. Tetapi, sebuah kompresor sentrifugal mencapai
peningkatan tekanan dengan dua tahap. Kompresor tersebut menambah
energi pada gas dalam bentuk kecepatan (energi kinetik) dan kemudian
merubah bentuk energi tersebut menjadi energi tekanan.
Sebuah kompresor sentrifugal menggunakan konsep kecepatan-
tekanan untuk meningkatkan tekanan gas. Gas masuk ke sebuah
impeler yang berputar melalui “mata” (eye). Vanes (daun impeler)
mendorong gas ke sisi luar, melemparkan gas melalui jalur tertentu pada
kecepatan tinggi. Gasnya dilemparkan ke jalur “diffuser” dan “volute”
yang berada di sekitar impeler, yang relatif memiliki volume besar,
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
118
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
jadi kecepatannya terhambat dengan cepat. Energi kecepatan diubah
menjadi energi tekanan, sehingga tekanannya meningkat.
Karakteristik kompresor sentrifugal secara umum sebagai berikut :
- Aliran discharge uniform.
- Kapasitas tersedia dari kecil sampai besar.
- Tekanan discharge dipengaruhi oleh density gas/udara.
- Mampu memberikan unjuk kerja pada efisiensi yang tinggi
dengan beroperasi pada range tekanan dan kapasitas yang besar.
Kompresor terdiri dari beberapa bagian yang fungsinya satu dengan
yang lain saling berhubungan, diantaranya adalah :
Bagian Statis
1. Casing
Casing merupakan bagian paling luar kompresor yang berfungsi :
- Sebagai pelindung terhadap pengaruh mekanik dari luar.
- Sebagai pelindung dan penumpu/pendukung dari bagian-bagian yang
bergerak.
- Sebagai tempat kedudukan nozel suction dan discharge serta bagian
diam lainnya.
2. Inlet Wall
Inlet wall adalah diafram (dinding penyekat) yang dipasang pada
sisi suction sebagai inlet channel dan berhubungan dengan inlet nozle.
Karena berfungsi sebagai saluran gas masuk pada stage pertama, maka
meterialnya harus tahan terhadap abrasive dan erosi.
3. Guide Vane
Guide vane di tempatkan pada bagian depan eye impeller pertama
pada bagian suction (inlet channel). Fungsi utama guide vane adalah
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
119
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
mengarahkan aliran agar gas dapat masuk impeller dengan distribusi
yang merata.
Konstruksi vane ada yang fixed dan ada yang dapat di atur
(movable) posisi sudutnya dengan tujuan agar operasi kompresor dapat
bervariasi dan dicapai effisiensi dan stabilitas yang tinggi.
4. Eye Seal
Eye seal ditempatkan di sekeliling bagian luar eye impeller dan di
tumpu oleh inlet wall. Eye seal selalu berbentuk satu set ring logam yang
mengelilingi wearing ring impeller. Berfungsi untuk mencegah aliran
balik dari gas yang keluar dari discharge impeller (tekanan tinggi)
kembali masuk ke sisi suction (tekanan rendah).
5. Diffuser
Diffuser berfungsi untuk merubah energi kecepatan yang keluar
dari discharge impeller menjadi energi potensial (dinamis).
Untuk multi stage dipasang diantara inter stage impeller.
6. Labirinth Seal
Labirinth seal digunakan untuk menyekat pada daerah :
- Shaft dan diafragma sebagai shaft seal.
- Casing dan shaft sebagai casing seal.
7. Return Bend
Return bend sering juga disebut crossover yang berfungsi
membelokan arah aliran gas dari diffuser ke return channel untuk masuk
pada stage/impeller berikutnya. Return bend di bentuk oleh susunan
diafragma yang dipasang dalam casing.
8. Return Channel
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
120
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Return channel adalah saluran yang berfungsi memberi arah aliran
gas dari return bend masuk ke dalam impeller berikutnya. Return
channel ada yang dilengkapi dengan fixed vane dengan tujuan
memperkecil swirl (olakan aliran gas) pada saat masuk stage berikutnya
sehingga dapat memperkecil vibrasi.
9. Diafragma
Diafram adalah komponen bagian dalam kompresor yang berfungsi
sebagai penyekat antar stage dan tempat kedudukan eye seal maupun
inter stage seal.
Dengan pemasangan diafragma secara seri, akan terbentuk tiga
bagian penting, yaitu diffuser, return bend, dan return channel.
Diafragma ditempatkan didalam casing dengan hubungan tongue-groove
sehingga mudah dibongkar pasang.
Bagian Dinamis
1. Shaft and Shaft Sleeve
Shaft atau poros transmisi digunakan untuk mendukung impeller
dan meneruskan daya dari pengerak ke impeller. Untuk penempatan
impeller pada shaft di gunakan pasak (key) dan pada multi stage, posisi
pasak di buat selang-seling agar seimbang.
Sedangkan jarak antar stage dari impeller di gunakan shaft sleeve,
yang berfungsi sebagai pelindung shaft terhadap pengaruh korosi, erosi
dan abrasi dari aliran dan sifat gas dan untuk penempatan shaft seal
diantara stage impeller.
2. Impeller
Impeller berfungsi untuk menaikan kecepatan gas dengan cara
berputar, sehingga menimbulkan gaya. Hal ini menyebabkan gas
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
121
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
masuk/mengalir dari inlet tip (eye impeller) ke discharge tip. Karena
adanya perubahan jari-jari dari sumbu putar antara tip sudu masuk
dengan tip sudu keluar maka terjadi kenaikan energi kecepatan.
3. Bantalan (Bearing)
Bearing adalah bagian internal kompresor yang berfungsi untuk
mendukung beban radial dan aksial yang berputar dengan tujuan
memperkecil gesekan dan mencegah kerusakan pada komponen lainnya.
Pada kompresor sentrifugal terdapat dua jenis bearing, yaitu :
- Journal bearing
Digunakan untuk mendukung beban dengan arah radial (tegak
lurus poros).
- Thrust bearing
Digunakan untuk mendukung beban ke arah aksial (sejajar
poros).
4. Oil Film Seal
Oil film seal merupakan salah satu jenis seal yang digunakan
dalam kompresor. Oil film seal terdiri dari satu atau dua seal ring. Pada
seal jenis ini diinjeksikan minyak (oil) sebagai penyekat/perapat (seal
oil) antara kedua seal ring yang memiliki clearence sangat kecil terhadap
shaft. Tekanan masuk seal oil dikontrol secara proporsional berdasarkan
perbedaan tekanan sekitar 5 psi diatas tekanan internal gas dan
perbedaan tekanan oil-gas selalu dipertahankan.
Sehubungan dengan kondisi operasi yang tidak selalu konstan,
maka untuk mempertahankan perbedaan tekanan antar seal oil dan gas
dapat sesuai dengan kondisi operasi, digunakan overhead tank.
Sistem overhead tank adalah memasang tanki penampung seal oil
dengan ketinggian tertentu diatas kompresor dan level seal oil dalam
tanki dikontrol melalui level control operated valve, kemudian tekanan
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
122
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
gas stream dimasukan kedalam tanki melalui bagian atas (top) sehingga
memberikan tekanan pada permukaan seal oil.
Dengan sistem overhead tank, maka head static seal oil secara
otomatis dapat menyesuaikan dengan kondisi operasi kompresor,
sehingga perbedaan tekanan oil-gas proses dapat dipertahankan konstan.
Dalam perhitungan, digunakan asumsi isentropik dimana proses
kompresi ideal dengan entalpi tetap (dQ=0), atau adiabatis. Effisiensi
politropik, biasa disebut effisiensi tingkat kecil, yang sering digunakan
karena effisiensi untuk kompresor secara keseluruhan sama dengan
effisiensi untuk setiap tingkat yang digunakan. Effisiensi politropik yaitu
effisiensi isentropik dari sebuah tingkat kompresor atau turbin yang
dibuat konstan untuk setiap tingkat berikutnya dalam keseluruhan
proses. Efisiensi isentropik setiap tingkat dapat dibuat sama dengan
merancang sudu yang serupa.
VI.1.5 Landasan Teori
Dalam menghitung efisiensi kinerja kompresor digunakan asumsi
politropik, tahap – tahap yang dapat dilakukan antara lain :
1. Penentuan komposisi gas masuk
2. Mencari data properties gas masuk
3. Perhitungan gas properties campuran
4. Mencari panas jenis spesifik dan specific gravity
a. Panas jenis spesifik (specifik heat ratio) dapat dicari
dengan menggunakan persamaan :
dimana :
K : Panas jenis spesifik
Cp mix: Panas spesifik pada tekanan konstan, kondisi
campuran.
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
123
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
b. Specific gravity dapat dicari dengan dua persamaan :
5. Mencari fakor kompressibilitas (Z) design dan aktual
Sehingga didapat hubungan Tr1 dan Pr1 untuk diplot kedalam
grafik (compressibility chart) Z1
Tr2 dan Pr2 diplot kedalam grafik (compressibility chart) Z2
6. Menghitung besaran eksponen politropik (n) design dan aktual
7. Menghitung head politropik design dan aktual
] ;ft
8. Menghitung efisiensi politropik design dan aktual
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
124
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Efisiensi politropik dapat diketahui dengan persamaan :
Hubungan antara harga head dan efisiensi politropik menunjukan head aktual politropik, hal ini dapat dilihat dari persamaan berikut :
9. Menghitung daya kompresor design dan aktual
a. daya gas (aerodynamic)
b. daya kompresor
10. Menghitung efisiensi
η=
VI.1.6 Perhitungan
1) Data DesainKapasitas : 117374 Nm3/hr
Kompresor yang di evaluasi merupakan kompresor sentrifugal 4
stage dengan masing-masing stage memiliki sistem intercooler
tersendiri. Sehingga dalam perhitungan susunan kompresor dapat
dianggap seri menjadi 4 kompresor.
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
125
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Kompresor 1
Kondisi masuk Suction LP :Tekanan (P1) : 1.46 kg/cm2 = 20.7 PsiaTemperatur (T1) : 420C = 567.27 R
Kondisi keluar ke intercooler 2 :Tekanan (P1*) : 7.88 kg/cm2= 112.08 PsiaTemperatur (T1*) : 210.2 0C = 870 R
Kompresor 2
Kondisi masuk dari intercooler 2:Tekanan (P2) : 7.38 kg/cm2= 104.96 PsiaTemperatur (T2) : 42 0C = 567.27 R
Kondisi keluar ke intercooler 3 :Tekanan (P2*) : 27.87 kg/cm2 = 396.4 PsiaTemperatur (T2*) : 187.40C = 829 R
Kompresor 3
Kondisi masuk dari intercooler 3 :Tekanan (P3) : 27.21 kg/cm2 = 387.01 PsiaTemperatur (T3) : 420C = 567.27 R
Kondisi keluar ke intercooler 4 :Tekanan (P3*) : 84.53 kg/cm2= 1202.3PsiaTemperatur (T3*) : 155.8 0C = 772.1 R
Kompresor 4
Kondisi masuk dari intercooler 4 :Tekanan (P4) : 83.66 kg/cm2 = 1190 PsiaTemperatur (T4) : 550C = 590.67 R
Kondisi keluar Discharge HP :Tekanan (P4*) : 181.35 kg/cm2= 2579.4 PsiaTemperatur (T4*) : 131.1 0C = 727.5 R
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
126
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
2) Data Kondisi Operasi Kapasitas : 94919.78 Nm3/hr
Kompresor 1
Kondisi masuk Suction LP :Tekanan (P1) : 0.6 kg/cm2 = 8.53 PsiaTemperatur (T1) : 42°C = 567.27 R
Kondisi keluar ke intercooler 2 :Tekanan (P1*) : 7.7 kg/cm2= 109.5 PsiaTemperatur (T1*) : 215.86 °C = 880.2 R
Kompresor 2
Kondisi masuk dari intercooler 2:Tekanan (P2) : 7 kg/cm2= 99.56 PsiaTemperatur (T2) : 42 °C = 565.47 R
Kondisi keluar ke intercooler 3 :Tekanan (P2*) : 29 kg/cm2 = 412.5PsiaTemperatur (T2*) : 197.34°C = 846.8 R
Kompresor 3
Kondisi masuk dari intercooler 3 :Tekanan (P3) : 28 kg/cm2 = 398.25 PsiaTemperatur (T3) : 42°C = 565.47 R
Kondisi keluar ke intercooler 4 :Tekanan (P3*) : 85 kg/cm2= 1209 PsiaTemperatur (T3*) : 146.71 °C = 755.7 R
Kompresor 4
Kondisi masuk dari intercooler 4 :Tekanan (P4) : 84 kg/cm2 = 1194.76 PsiaTemperatur (T4) : 52.95°C = 587 R
Kondisi keluar Discharge HP :Tekanan (P4*) : 165 kg/cm2= 2346.85 PsiaTemperatur (T4*) : 121.08 °C = 709.6 R
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
127
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
3) Perhitungan Kompresor1. Komposisi Gas
Tabel 6.1. Data Komposisi Gas Masuk Kompresor GB 151-J Suction LP
KOMPOSISI SIMBOLData
KomposisiNitrogen N2 0Hidrogen H2 1.6Oxygen O2 0.4
Carbon dioxyde CO2 98Water Vapor H2O SAT
Jumlah 100
Tabel 6.2. Data Komposisi Gas Masuk Kompresor GB 151-J intercooler
KOMPOSISI SIMBOLData
KomposisiNitrogen N2 0.5Hidrogen H2 1.56Oxygen O2 2.26
Carbon dioxyde CO2 95.68Water Vapor H2O SAT
Jumlah 100
2. Perhitungan Gas Propertis Campuran a. Kondisi 1Hasil perhitungan gas propertis campuran dapat dilihat dalam tabel 3.Dimana dari perhitungan tersebut didapat harga gas propertis campuran sebagai berikut :BM mix = 43.2803Pc mix = 1054.4 PsiaTc mix = 538.678 oRCp mix = 9.05599 BTU/lbm.mol. oR
Tabel 6.3. Data Komposisi Gas Masuk Kompresor GB 151 Suction LP
GAS KOMPOSISI BM Pc (Psia) Tc(R)Cp (BTU/lbm
mol R)KONTRIBUSI GAS INDIVIDUALBM Pc Tc Cp
N2 0 28.02 492.31 227.16 6.9591 0 0 0 0H2 1.6 2.02 188.11 59.76 6.8974 0.03232 3.00976 0.95616 0.11036
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
128
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
O2 0.4 32 731.86 278.28 7.0303 0.128 2.92744 1.11312 0.02812CO2 98 44 1069.86 547.56 9.0995 43.12 1048.46 536.609 8.91751H2O SAT 18 3197.42 1165.14 17.00434 0 0 0 0
100
BMmix Pc Mix Tc mix Cp mix43.28032 1054.4 538.678 9.05599
b. Kondisi 2Hasil perhitungan gas propertis campuran dapat dilihat dalam tabel 4.Dimana dari perhitungan tersebut didapat harga gas propertis campuran sebagai berikut :BM mix = 42.4652Pc mix = 1043.12 PsiaTc mix = 531.127 oRCp mix = 9.09343 BTU/lbm.mol. oR
Tabel 6.4. Data Komposisi Gas Masuk Kompresor GB 151 intercooler
GAS KOMPOSISI BMPc
(Psia)Tc(R)
Cp (BTU/lbm mol R)
KONTRIBUSI GAS INDIVIDUALBM Pc Tc Cp
N2 0.5 28.02 492.31 227.16 6.9611 0 0 0 0H2 1.56 2.02 188.11 59.76 6.9115 0.031512 2.93452 0.93226 0.10782O2 2.26 14.8 731.86 278.28 7.0456 0.33448 16.54 6.28913 0.15923CO2 95.68 44 1069.86 547.56 9.2249 42.0992 1023.64 523.905 8.82638H2O SAT 18 3197.42 1165.14 17.3772 0 0 0 0
100BM Mix Pc Mix Tc Mix Cp Mix
42.465192 1043.12 531.127 9.09343
3. Panas Jenis Spesifik dan Spesifik Gravitya). Panas jenis spesifik Panas jenis spesifik (specifik heat ratio) dapat dicari dengan menggunakan persamaan
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
129
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
dimana :K : Panas jenis spesifikCp mix: Panas spesifik pada tekanan konstan, kondisi campuran.
b). Spesifik gravitySedangkan spesifik gravity dapat dicari dengan dua persamaan :
4. Mencari Faktor Kompresibilitas (Z) Aktuala). Kompresor 1 - Kondisi masuk
Dari hubungan Pr1 dan Tr1 pada gambar 1 didapat harga Z1 = 0.99- Kondisi keluar
Dari hubungan Pr1* dan Tr1* pada gambar 1 didapat harga Z1* = 0.98- Kondisi rata-rata.
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
130
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
b). Kompresor 2- Kondisi masuk
Dari hubungan Pr2 dan Tr2 pada gambar 1 didapat harga Z2 = 0.98- Kondisi keluar
Dari hubungan Pr2* dan Tr2* pada gambar 1 didapat harga Z2* = 0.97- Kondisi rata-rata.
c). Kompresor 3- Kondisi masuk
Dari hubungan Pr3 dan Tr3 pada gambar 1 didapat harga Z3 = 0.87- Kondisi keluar
Dari hubungan Pr3* dan Tr3* pada gambar 1 didapat harga Z3* = 0.86- Kondisi rata-rata.
d). Kompresor 4- Kondisi masuk
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
131
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Dari hubungan Pr4 dan Tr4 pada gambar 1 didapat harga Z4 = 0.68- Kondisi keluar
Dari hubungan Pr4* dan Tr4* pada gambar 1 didapat harga Z4* = 0.73- Kondisi rata-rata.
5. Mencari Faktor Kompresibilitas (Z) Desaina). Kompresor 1
- Kondisi masuk
Dari hubungan Pr1 dan Tr1 pada gambar 1 didapat harga Z1 = 0.98- Kondisi keluar
Dari hubungan Pr1* dan Tr1* pada gambar 1 didapat harga Z1* = 1- Kondisi rata-rata.
b). Kompresor 2- Kondisi masuk
Dari hubungan Pr2 dan Tr2 pada gambar 1 didapat harga Z2 = 0.97
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
132
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
- Kondisi keluar
Dari hubungan Pr2 dan Tr2* pada gambar 1 didapat harga Z2* = 0.98- Kondisi rata-rata.
c). Kompresor 3- Kondisi masuk
Dari hubungan Pr3 dan Tr3 pada gambar 1 didapat harga Z3 = 0.94- Kondisi keluar
Dari hubungan Pr3* dan Tr3* pada gambar 1 didapat harga Z3* = 0.85- Kondisi rata-rata.
d). Kompresor 4- Kondisi masuk
Dari hubungan Pr4 dan Tr4 pada gambar 1 didapat harga Z4 = 0.6- Kondisi keluar
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
133
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Dari hubungan Pr4* dan Tr4* pada gambar 1 didapat harga Z4* = 0. 74- Kondisi rata-rata.
Gambar 6.2. Faktor Kompresibilitas Chart
d). Mencari harga Cp aktual- Kompresor 1Dapat digunakan persamaan :
- Kompresor 2Dapat digunakan persamaan :
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
134
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
- Kompresor 3Dapat digunakan persamaan :
- Kompresor 4Dapat digunakan persamaan :
6. Eksponen Politropik AktualBesarnya eksponen politropik (n) Aktual dapat dihitung dengan persamaan :- Kompresor 1
- Kompresor 2
.4
- Kompresor 3
n
- Kompresor 4
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
135
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
7. Eksponen Politropik DesainBesarnya eksponen politropik (n) Desain dapat dihitung dengan persamaan :- Kompresor 1
- Kompresor 2
- Kompresor 3
- Kompresor 4
8. Menghitung Head AktualKarena head yang dihitung adalah head dalam kondisi aktual, maka persamaan yang digunakan menggunakan asumsi politropik, dengan rumus :
- Kompresor 1
] ;ft
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
136
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
]
- Kompresor 2
] ;ft
]
- Kompresor 3
] ;ft
]
- Kompresor 4
] ;ft
]
9. Menghitung Head DesainKarena head yang dihitung adalah head dalam kondisi desain, maka persamaan yang digunakan menggunakan asumsi politropik, dengan rumus:- Kompresor 1
] ;ft
]
- Kompresor 2
] ;ft
]
- Kompresor 3
] ;ft
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
137
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
]
- Kompresor 4
] ;ft
]
10. Efisiensi AktualEfisiensi adalah perbandingan antara kerja sesungguhnya dengan kerja desain (teoritis). Efisiensi politropik dapat diketahui dengan persamaan :- Kompresor 1
- Kompresor 2
- Kompresor 3
- Kompresor 4
Hubungan antara harga head dan efisiensi politropik menunjukan head aktual politropik, hal ini dapat dilihat dari persamaan berikut :
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
138
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
11. Efisiensi DesainEfisiensi adalah perbandingan antara kerja sesungguhnya dengan kerja desain (teoritis). Efisiensi politropik dapat diketahui dengan persamaan :- Kompresor 1
- Kompresor 2
- Kompresor 3
- Kompresor 4
Hubungan antara harga head dan efisiensi politropik menunjukan head aktual politropik, hal ini dapat dilihat dari persamaan berikut :
12. Kapasitas Kompresora). Konversi kapasitas desain.
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
139
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
b). Kapasitas operasi :
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
140
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
c). Dalam weight flow :
13. Daya Kompresor Aktuala). Daya gas (aerodinamic)
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
141
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
b).Daya KompresorDaya kompresor merupakan perbandingan antara daya gas dengan efisiensi mekanis. Di mana untuk kompresor sentrifugal kehilangan daya karena mekanis sekitar 3 %. Sehingga, daya kompresor menjadi :
14. Daya kompresor Desaina). Daya gas (aerodinamic)
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
142
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
b).Daya KompresorDaya kompresor merupakan perbandingan antara daya gas dengan efisiensi mekanis. Di mana untuk kompresor sentrifugal kehilangan daya karena mekanis sekitar 3 %. Sehingga, daya kompresor menjadi :
15. Efisiensi Overall Compressor 151-J
η=
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
143
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
VI.1.7 Kesimpulan
Kompresor berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida yang pada kasus
ini fluida yang digunakan adalah gas carbon dioxyde CO2. Kompresor GB 151
terdiri dari 4 stage dengan sistem intercooler tiap stage.
Gambar 6.3. Hubungan Antar Kompresi Politropik dan Suhu
Alasan penggunaan sistem intercooler ini adalah karena selama proses
kompresi berlangsung, temperatur meningkat. Peristiwa ini dikenal dengan
kompresi politropik. Grafik 6.3. menunjukkan bahwa besarnya daya kompresi
juga menigkat bila temperatur meningkat. Kompresor dibuat bertingkat
dengan demikian mengurangi kenaikan temperatur dan meningkatkan efisiensi
kompresi. Temperatur gas yang meninggalkan setiap stage didinginkan
sebelum memasuki stage berikutnya.
Dari segi sistem intercooler, bisa disimpulkan pendingin antara yang
sempurna dicapai bila temperatur gas meninggalkan pendingin antara adalah
identik dengan temperatur gas memasuki kompresor. Konsumsi daya
kompresor minimum dapat dicapai dengan pendinginan antara yang sempurna
dan rasio tekanan pada semua tingkat adalah sama. Namun pendinginan antara
yang sempurna sukar untuk dicapai di dalam praktek real-nya karena biaya
penukar kalor air pendingin yang menjadi penghalang. Sedangkan untuk
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
144
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
jumlah tingkat kompresor yang paling efisien adalah ditentukan oleh tekanan
operasi aktual dan efisiensi kompresor yang diinginkan.
Berdasarkan hasil perhitungan (data rekapitulasi) dan kondisi mekanik
terhadap evaluasi unjuk kerja kompresor sentrifugal GB 151 dapat
disimpulkan sebagai berikut : Kompresor beroperasi dengan tekanan lebih
rendah dari desain sehingga kapasitas operasi lebih kecil dari desain,
menyebabkan efisiensi secara keseluruhan di HP Case Compressor ini sebesar
80.85 %. Efisiensi yang masih dapat dikatakan tergolong baik karena
dilakukan Turn Around pada tahun 2011, pada saat itulah biasanya dilakukan
pengukuran-pengukuran clearance, penggantian suku cadang maupun
rekondisi aparat sehingga mempengaruhi kinerja dari kompresor dari kinerja
semula. Kondisi kompresor secara mekanik dalam kondisi baik dan tidak
mengalami gangguan yang berarti. Pelaksanaan pemeliharaan selama ini tidak
terjadi penyimpangan dari schedule yang ditetapkan.
VI.1.8 Saran
Operasi kompresor secara efisien masih memerlukan hal-hal yang
penting dan harus dijaga, misalnya kandungan pengotor seperti padatan-
padatan yang terkandung dalam gas dijaga seminimal mungkin sehingga
kualitas dari kemurnian CO2 dalam arus masuk tetap terjaga. Selain itu perlu
adanya pengecekan pada pipa – pipa yang korosi karena dapat menyebabkan
Ferro terbawa aliran. Adanya pengotor dapat mengganggu operasi compressor
menjadi tidak balance dan akan menaikkan getaran (Vibration) terhadap
kompresor.
Untuk menjaga unjuk kerja kompresor dapat dipertahankan sehingga
target operasi terpenuhi, disarankan :
1. Parameter yang berpengaruh terhadap unjuk kerja
dikembalikan sesuai kondisi desain sehingga kompresor
bekerja pada efisiensi terbaik.
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
145
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
2. Meningkatkan preventive maintenance yang lebih baik dan
terintegrasi serta penyediaan suku cadang pada bagian-bagian
kompresor yang kritis.
3. Dilakukan pemeriksaan dan perawatan peralatan indikator
seperti pressure gauge, temperatur gauge, flow indicator, dan
yang lainnya agar parameter-parameter yang ditunjukan oleh
indikator tersebut benar-benar mempresentasikan kondisi
kompresor yang sebenarnya, sehingga dapat menghindari
kekeliruan dalam setiap tindakan operasi yang dilakukan.
4. Pemeriksaan berkala (over haul) yang telah dilakukan hingga
saat ini agar tetap dilaksanakan secara konsisten pada masa-
masa yang akan dating. Karena hasil pemeriksaan berkala yang
telah dilakukan terbukti dapat mencegah kerusakan besar yang
mungkin akan terjadi.
Untuk mencegah gangguan operasi terhadap kompresor hal-hal
sebagai berikut harus mendapatkan perhatian khusus :
1. Usahakan aliran kick back 0 agar kinerja kompresor tetap
stabil.
2. Kualitas CO2 masuk kompresor diperhatikan secara teratur,
dengan melihat analyzer secara kontinyu.
3. Usahakan suhu CO2 masuk kompresor tidak terlalu jauh dari
suhu masuk design, karena dapat memperberat kerja dari
sistem intercooler dan memperpendek umur alat serta efisiensi
kompresor tetap terjaga.
4. Perlu dilakukan control jumlah feed CO2 yang masuk agar
tidak melebihi kapasitas kompresor yang dapat memperpendek
umur kompresor.
5. Design temperatur dari gas yang keluar selalu dijaga
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
146
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
6. Alat pengukur vibrasi harus sering sering dicek untuk
menentukan level atau tingkatan getaran dari kompresor dan
hasil pengamatan harus dicatat di log sheet.
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
147
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Neraca Massa dan Neraca Panas Pabrik Urea & Identifikasi Alat Boros Energi
VI.2.1Latar Belakang
Urea adalah suatu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon,
hidrogen, oksigen dan nitrogen dengan rumus CON2H4 atau (NH2)2CO. Urea
juga dikenal dengan nama carbamide yang terutama digunakan di kawasan
Eropa. Nama lain yang juga sering dipakai adalah carbamide resin, isourea,
carbonyl diamide dan carbonyldiamine. Senyawa ini adalah senyawa organik
sintesis pertama yang berhasil dibuat dari senyawa anorganik. (wikipedia,
2007).
Urea merupakan pupuk nitrogen yang paling mudah dipakai. Zat
ini mengandung nitrogen paling tinggi (46%) di antara semua pupuk padat. Urea
mudah dibuat menjadi pelet atau granul (butiran) dan mudah diangkut dalam
bentuk curah maupun dalam kantong dan tidak mengandung bahaya ledakan. Zat
ini mudah larut di dalam air dan tidak mempunyai residu garam sesudah
dipakai untuk tanaman. Kadang-kadang zat ini juga digunakan untuk pemberian
makanan daun. Disamping penggunaannya sebagai pupuk, urea juga
digunakan sebagai tambahan makanan protein untuk hewan pemamah
biak, juga dalam produksi melamin, dalam pembuatan resin, plastik,
adhesif, bahan pelapis, bahan anti ciut, tekstil, dan resin perpindahan ion. Bahan
ini merupakan bahan antara dalam pembuatan ammonium sulfat, asam
sulfanat, dan ftalosianina (Austin, 1997).
Pabrik Urea Pusri II merupakan pabrik tertua di Pupuk Sriwidjaja
Palembang. Pabrik ini dibangun pada tahun 1972 dengan kapasitas produksi
380.000 ton urea/tahun.. Saat ini pabrik urea pusri II hanya mampu memproduksi
urea sebesar 1540.3 ton/hari. Hal tersebut terjadi karena umur dari alat-alat di
pabrik urea pusri II yang sudah tua sehingga kinerjanya tidak dapat lagi
maksimal. Selain karena umur alat yang sudah tua, banyaknya pipa-pipa steam
yang bocor menjadi penyebab banyaknya energi yang hilang sehingga
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
148
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
berpengaruh kepada konsumsi energi yang tidak efisien. Pabrik pupuk urea
merupakan pabrik yang mengonsumsi energi yang besar sekali. Energi dalam
berbagai macam bentuknya digunakan untuk berbagai keperluan mulai dari
proses produksi, perkantoran hingga untuk keperluan perumahan. Dengan
demikian, maka pada pabrik urea pusri II akan dikaji mengenai identifikasi alat-
alat boros energi di pabrik pupuk urea pusri II.
Penyusunan neraca massa dan neraca panas tentunya akan membantu
dalam identifikasi alat boros energi. Selain itu, dengan adanya perhitungan
neraca massa dan neraca panas tentunya dapat dihitung efisiensi beberapa alat di
pabrik urea pusri II.
VI.2.2Tujuan
Tujuan penulisan tugas khusus ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui prinsip pembuatan urea dengan meninjau segi kuantitatfinya
dengan neraca massa.
2. Mengidentifikasi alat boros energi secara kuantitatif dengan neraca panas.
3. Mengevalusi nilai efisiensi masing-masing unit di pabrik urea pusri II.
VI.2.3Metodologi
Metodologi yang digunakan dalam tugas khusus ini adalah :
1. Mempelajari prinsip-prinsip pembuatan urea.
2. Observasi lapangan, dilakukan di PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang pada
pabrik urea pusri II.
3. Penyelesaian dengan perhitungan menggunakan Microsoft Excel.
VI.2.4Tinjauan Pustaka
Sifat Fisik Urea
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
149
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Urea mempunyai rumus senyawa NH2CONH2. Kegunaan utama dari urea
adalah sebagai pupuk. Kegunaan yang lainnya adalah sebagai resin, lem, dan
pelarut. Dari rumus senyawa tersebut, maka urea dapat dikategorikan sebagai
amida dari asam karbamat (NH2COOH), atau diamida dari asam karbonat
(CO(OH)2). Pada temperatur ruang, urea tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak
berasa. Di dalam air, urea akan terhidrolisa menjadi ammonium karbamat
NH2COONH4, yang selanjutnya akan terdekomposisi menjadi amonia dan CO2.
Sintesis urea pertama kali dilakukan dengan cara mereaksikan amonia dan
asam sianat (Woehler, 1828). Sintesis urea ini adalah pertama kali suatu senyawa
organik dibentuk dengan reaksi yang melibatkan senyawa anorganik. Pada saat
ini, produksi urea komersial dilakukan dengan cara mereaksikan amonia dan
karbondioksida pada tekanan dan temperatur tinggi untuk membentuk amonium
karbamat. Reaksi ini juga diikuti oleh reaksi dehidrasi amonium karbamat
menjadi urea. Kedua reaksi ini terjadi secara seri, dan dapat dituliskan dengan
persamaan reaksi berikut :
CO2 + 2NH3 NH2COONH4 ; H190C=-155kJ/mol
(karbamat)
NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O; H190C = 42kJ/mol
(urea)
Reaksi antara amonia dan karbondioksida merupakan reaksi yang bersifat
eksotermis, sedangkan reaksi dehidrasi karbamat merupakan reaksi yang bersifat
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
150
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
endotermis. Secara keseluruhan kedua reaksi tersebut di atas bersifat eksotermis,
yang berarti dibutuhkan suplai energi panas demi berlangsungnya reaksi.
Sifat-sifat fisik dari urea dapat dilihat pada tabel 6.5., 6.6., 6.7., dan 6.8.
Tabel 6.5. Sifat fisik dan kimia urea secara umum
Titik leleh (oC) 132.7
Specific gravity pada 20oC 1.335
Bentuk kristal tetragonal
Energi pembentukan pada 25oC (cal/g.mol) -47.12
Panas pelarutan dalam air (cal/g) 58
Bulk density (g/cm3) 0.74
Panas pengkristalan (kJ/kg) 196.648
Tabel 6.6. Panas spesifik urea
Temperatur (oC) Panas spesifik (cal/g.oC)
0 0.344
50 0.397
100 0.451
150 0.504
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
151
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Tabel 6.7. Sifat fisik larutan urea jenuh pada setiap temperatur
Temperatur (oC) Kelarutan dalam air (g urea/ 100 g larutan) Densitas (gr/ml)
0 41 1.12
20 51.6 1.147
40 62.2 1.167
60 72.2 1.187
80 80.6 1.198
100 88.3 1.21
120 95.5 1.221
130 99.2 1.226
Tabel 6.8. Sifat fisik larutan urea jenuh pada amonia
Temperatur
(oC)
Komposisi urea dalam larutan
(% - w)
Tekanan uap larutan
(atm)
0 36 5
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
152
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
20 49 7
40 68 9.4
60 79 10.8
80 84 13.3
100 90 12.5
120 96 5
Sifat Kimia Urea
Urea merupakan senyawa yang bersifat basa lemah. Sifat ini dapat
ditunjukkan pada struktur senyawa urea yang mengandung gugus -OH seperti
dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 6.4. Struktur senyawa urea
Pada tekanan atmosferik, urea akan terdekomposisi menjadi amonia,
karbondioksida, dan biuret, HN(CONH2). Senyawa biuret merupakan senyawa
yang paling tidak dikehendaki terdapat dalam campuran produk. Kandungan
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
153
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
senyawa biuret melebihi 2 % berat akan membawa dampak negatif bagi
pertumbuhan tanaman.
Urea dapat bereaksi dengan asam nitrat memebentuk urea nitrat,
CO(NH2)2.HNO3, yang memiliki sifat mudah meledak bila dipanaskan. Urea padat
akan stabil pada temperatur dan tekanan ruang. Larutan urea akan terhidrolisis
menjadi karbamat pada temperatur ruang. Urea juga akan mengalami dekomposisi
menjadi biuret dan amonia bila mengalami pemanasan yang terlalu lama. Reaksi
pembentukan biuret dapat ditulis dengan persamaan berikut ini :
2NH2CONH2 NH2CONHCONH2 + NH3
urea biuret amonia
Reaksi di atas akan terjadi pada kondisi tekanan rendah, temperatur tinggi, dan
waktu pemanasan yang lama. Pada tekanan 100 – 200 atm, biuret akan bereaksi
balik menjadi urea dengan kehadiran amonia.
Urea pertama akan bereaksi dengan perak nitrat (AgNO3), dan akan
membentuk senyawa turunan perak dengan rumus molekul CON2H2Ag, yang
berwarna kuning pucat. Dengan kehadiran natrium bromida (NaBr) dan natrium
hidroksida, urea akan bereaksi menghasilkan nitrogen dan karbondioksida. Reaksi
yang berlangsung dapat dituliskan dengan persamaan :
NH2CONH2 + 3 NaBr + 2NaOH N2 + 3NaBr + Na2CO3 + 3H2O
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
154
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Reaksi antara urea dan alkohol akan menghasilkan ester dari asam karbamat, yang
biasa dikenal dengan sebutan urethan. Reaksi yang berlangsung dapat dituliskan
dengan persamaan :
NH2CONH2 + ROH NH2COOR + NH3
Urea akan bereaksi dengan formaldehid dan akan membentuk senyawa
monometilurea, NH2CONHCH2OH, dimetilurea, atau senyawa lainnya tergantung
dari rasio molar formaldehid terhadap urea dan kondisi PH dari larutan. Urea juga
akan bereaksi dengan hidrogen peroksida membentuk senyawa CO(NH2)2H2O2,
yang dikenal sebagai resin.
Senyawa turunan dari urea, yang banyak digunakan untuk keperluan obat-
obatan merupakan senyawa yang disintesis dari urea dan asam malonat,
menghasilkkan asam barbiturat. Reaksi dari pembentukan asam barbiturat tersebut
dapat dituliskan dengan persamaan di bawah ini :
Gambar 6.5. Reaksi Pembentukan Senyawa Asam barbiturate
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
155
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Reaksi Sintesis Urea
Sintesis urea pertama kali dilakukan dengan cara mereaksikan amonia dan
asam sianat (Woehler, 1828). Sintesis urea ini adalah pertama kali suatu senyawa
organik dibentuk dengan reaksi yang melibatkan senyawa anorganik. Pada saat
ini, produksi urea komersial dilakukan dengan cara mereaksikan amonia dan
karbondioksida pada tekanan dan temperatur tinggi untuk membentuk amonium
karbamat. Reaksi ini juga diikuti oleh reaksi dehidrasi amonium karbamat
menjadi urea. Kedua reaksi ini terjadi secara seri, dan dapat dituliskan dengan
persamaan reaksi berikut :
CO2 + 2NH3 NH2COONH4 ; H180C=-155kJ/mol
(karbamat)
NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O; H180C = 42kJ/mol
(urea)
Reaksi antara amonia dan karbondioksida merupakan reaksi yang bersifat
eksotermis, sedangkan reaksi dehidrasi karbamat merupakan reaksi yang bersifat
endotermis. Secara keseluruhan kedua reaksi tersebut di atas bersifat eksotermis,
yang berarti dibutuhkan suplai energi panas demi berlangsungnya reaksi. Reaksi
pembentukan urea juga merupakan reaksi kesetimbangan. Nilai konstanta
kesetimbangan (K) pada berbagai temperatur dapat dilihat pada tabel 6.9.
Tabel 6.9. Konstanta kesetimbangan reaksi sintesis urea pada berbagai
temperatur
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
156
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
T (oC) K
100 2.32
150 2.08
200 1.86
250 1.721
Reaksi sintesis urea merupakan reaksi yang berorde satu. Dengan
demikian maka persamaan kinetik dari reaksi sintesis urea dapat dinyatakan
dengan persamaan :
C urea = konsentrasi urea yang terbentuk
K = konstanta kinetika reaksi
CNH3 = konsentrasi amonia
CCO2 = konsentrasi karbondioksida
n, m = orde reaksi dimana n + m =1
Sedangkan konstanta kinetika reaksi pada berbagai temperatur dapat dilihat pada
tabel 6.10.
Tabel 6.10. Konstanta kinetika reaksi pembentukan urea pada berbagai temperatur
T (oC) kx105 (s-1)
100 2.93
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
157
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
150 1.98
200 0.89
250 0.62
(Sumber : Wahlco Brocure, 1983)
Reaksi sintesis urea merupakan reaksi non-katalitik. Untuk melaksanakan
reakasi ini diperlukan tekanan dan temperatur yang tinggi. Temperatur tinggi
disini berfungsi untuk mempercepat laju reaksi, sedangkan tekanan yang
tinggi dibutuhkan untuk menggeser konversi kesetimbangan ke arah produk,
karena reaksi ini melibatkan peningkatan jumlah mol.
Konversi urea pada berbagai temperatur dapat dilihat pada tabel 6.11.
Sedangkan konversi urea pada berbagai tekanan dapat dilihat pada tabel 6.12..
Tabel 6.11. Konversi urea pada berbagai temperatur
T (oC) Konversi (%)
150 82
200 66. 5
350 53
400 47
450 43
500 38
(Sumber : Wahlco Brocure, 1983)
Tabel 6.12. Konversi urea pada berbagai tekanan
P (atm) Konversi (%)
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
158
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
50 35
100 55.3
150 67.8
200 74.2
250 81
300 85
(Sumber : Wahlco Brocure, 1983)
Karena reaksi sintesis urea merupakan reaksi yang bersifat eksotermik,
maka diperlukan temperatur serendah mungkin untuk mencapai konversi reaksi
yang tinggi. Akan tetapi bila reaksi dilaksanakan pada temperatur rendah, hal ini
akan mengakibatkan laju reaksi yang rendah. Untuk mengatasi hal ini, maka
diperlukan optimasi temperatur agar laju reaksi dapat berlangsung cepat dengan
tingkat konversi yang tinggi. Selain itu tekanan tinggi juga diperlukan untuk
mencapai tingkat konversi yang tinggi. Tekanan operasi yang dipilih hendaknya
juga harus memperhatikan aspek keselamatan di pabrik. Temperatur operasi
reaktor sintesis urea di PT Pupuk Sriwidjaja Palembang adalah sebesar 190-
200C, sedangakan tekanan operasi reaktor adalah sebesar 250 kg/cm2 –g ( 217,
88 atm-g).
VI.2.5Landasan Teori
1) Neraca Massa
Rumus neraca massa adalah :
[massa masuk]-[massa keluar]=[massa akumulasi]
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
159
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Karena tidak ada akumulasi atau diasumsikan steady state sehingga
terbentuk persamaan neraca massa sebagai berikut :
[massa masuk]=[massa keluar]
Asumsi-asumsi yang digunakan dalam perhitungan neraca massa
adalah :
a. Kondisi steady state (akumulasi = 0).
b. Tidak ada pengotor seperti padatan-padatan yang terikut di dalam
sistem.
c. Massa yang keluar dari unit sintesa = Massa masuk unit purifikasi
d. Tidak ada perubahan massa di fluidizing dryer pada unit finishing
karena perubahan massa dianggap sangat kecil sehingga dapat
diabaikan.
e. Perhitungan dibatasi hanya sampai unit finishing karena setelah
unit finishing dianggap hanya terdapat proses packaging dan
perubahan massa tidak terlalu signifikan sehingga dapat diabaikan.
Untuk perhitungan konversi (X) di reaktor urea secara empiris, dapat
dituliskan sebagai berikut :
X = { 0,2616 (a) + 0,01945 (a)2 + 0,0382 (a) (b) – 0,1160 (b) – 0,02732 (a)
(t/100) – 0,1030 (b) (t/100) + 1,640 (t/100) – 0,1394 (t/100)3 – 1,869}.
100%
Dimana : a = Mol ratio NH3/CO2 total (a)
b = Mol ratio H2O/CO2 total (b)
t = Temperatur operasi (190°C-200°C)
2) Neraca Panas
Hukum konservasi energi (hk I termodinamika):
[Energi masuk] – [energi keluar] + [energi yang terbangkitkan sistem] –
[energi yang terkonsumsi sistem] = [energi terakumulasi dalam sistem]
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
160
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
1. Reaksi kimia yang bersifat eksotermis ( menghasilkan panas),
maka energi yang dihasilkan disebut sebagai energi yang
terbangkitkan sistem.
2. Reaksi kimia yang bersifat endotermis (membutuhkan panas),
maka energi yang dihasilkan disebut sebagai energi yang
terkonsumsi oleh sistem.
3. Untuk sistem dengan proses steady state, maka energi yang
terakumulasi = 0
Neraca panas / energi / tenaga :
a. NP total pada sistem alir ( flow sistem) pada keadaan steady
state
Input= output
Persamaan di atas sering dipakai untuk kasus transportasi
fluida, yaitu persamaan Bernoulli.
b. Neraca Energi untuk proses kimia ( non flow sistem ).
Sistem non alir dianggap terjadi di dalam alat-alat proses,
misal alat penukar panas (HE=heat exchanger), reaktor, dan
alat-alat transfer massa lainnya.
Pada sistem ini, biasanya EP dan EK <<< Q dan W, sehingga
EP dan EK dapat diabaikan dan
NP menjadi :
∆U + ∆PV = Q − W
∆H = ∆U + ∆PV = Q − W
∆H = Q − W
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
161
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
H2 – H1 = Q – W
Untuk beberapa proses, biasanya nilai W sangat kecil.
Sehingga :
H2 – H1 = Q = ∆H
Dengan, H1 = entalpi arus masuk (titik satu),
H2 = entalpi arus keluar (titik dua).
Macam-macam perubahan entalpi (panas):
1. Panas sensible (panas yang bisa dirasakan perubahan
suhunya).
Kapasitas panas (cp ) = banyaknya panas yang dibutuhkan
untuk menaikkan suhu setiap satuan massa setiap satuan
suhu.
Untuk padatan dan gas, Cp merupakan fungsi suhu.
Beberapa sumber data-data Cp :
a. Cp = f (T) ; appendix D, Coulson and Richardson, “
Chemical Engineering”. Table E.1. Himmelblau.
b. Cp dalam bentuk grafik; Geankoplis; Perry.
c. Cp untuk foods and biological material; appendix
A.4, Geankoplis,”Transport Processes and Unit
Operation”.
2. Panas laten ( panas perubahan fase dengan suhu tetap).
a. Panas peleburan (dari fase padat menjadi cair).
b. Panas sublimasi (dari fase padat menjadi gas ).
c. Panas kondensasi (dari fase gas menjadi cair).
d.. Panas kristalisasi (dari fase cair menjadi padat).
e. Panas penguapan (dari fase cair menjadi gas).
3. Panas reaksi (panas yang dihasilkan atau dibutuhkan
pada proses yang melibatkan reaksi kimia)
ΔHr bernilai positif menunjukkan reaksi membutuhkan
panas
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
162
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
ΔHr bernilai negatif menunjukkan reaksi menghasilkan
panas
Jika reaksi tidak dijalankan pada kondisi standar, maka
dapat dilakukan :
a) Suhu umpan dibayangkan diturunkan atau
dinaikkan sampai suhu standar, kemudian
b) Direaksikan pada kondisi standar
c) Suhu produk dinaikkan sampai suhu keluar
d) Selanjutnya panas reaksi dihitung
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
163
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
VI.2.6Perhitungan
Pra rancangan pabrik pembuatan Pupuk Urea Pusri II dari Gas Sintesis
dilaksanakan untuk kapasitas produksi sebesar 1540.3 ton/hari, dengan ketentuan
sebagai berikut:
1 hari kerja = 24 jam
Basis = 1 jam operasi
Maka kapasitas produksi Pupuk Urea tiap jam adalah:
=
Bahan Baku dan Berat Molekul Bahan Baku yang digunakan (Wikipedia, 2007;
Perry, 1999) :
− Nitrogen (N2) = 28 g/mol
− Hidrogen (H2) = 2 g/mol
− Ammonia (NH3) = 17 g/mol
− Karbondioksida (CO2) = 44 g/mol
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
164
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Berat Molekul Urea = 60 kg/kmol
Kemurnian Urea yang dihasilkan = 99 % x 64183 kg/jam
= 63541 kg/jam
1) Neraca Massa
A. Unit Sintesa
a. Reaktor Urea
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
165
CO2 Feed
Unit SintesaNH3 Feed
Out to purifikasi
Recycle
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Dengan Rate CO2 65.68% :
Data yang diperoleh dari lapangan pada tanggal 1 Februari 2012 - 29
Februari 2012 adalah sebagai berikut :
Aliran 1: CO2 = 11833.8 Kg/Jam (100%wt)
Aliran 2: NH3 = 24602 Kg/Jam (100%wt)
Aliran 3: UREA = 11892.837 Kg/Jam (18,11%wt)
NH3 = 19044.3 Kg/Jam (29,0%wt)
CO2 = 17711.199 Kg/Jam (26,97%wt)
H2O = 16732.716 Kg/Jam (25,48%wt)
BIURET = 288.948 Kg/Jam (0,44%wt)
Basis : 1 Jam Operasi
Komposisi Inlet Reaktor:
UREA = 11892.837 Kg
= 198.21 Kmol
NH3 Total = 24602 + 19044.3
= 42543.7 Kg
= 2567.43 Kmol
CO2 Total = 11833.8 + 17711.199
= 29544.99 Kg
= 671.477 Kmol
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
166
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
H2O = 16732.716 Kg
= 929.6 Kmol
Biuret = 288.948 Kg
= 2.8 Kmol
*Mole Ratio :
= 1.38
*Konversi CO2 menjadi Urea
X = {(0,2616 . 3.82)–(0,01945 .(3.82)2)+(0,0382 .(3.82).(1.38))-(0,1160 .
1.38))-(0,02732. (3.82).(190/100))-(0,1030.1.38)(190/100))+(1,640.
(190/100))-(0,1394(190/100)3)- 1,869)} x 100%
= 55.8876 %
Untuk urea yang terbentuk karena reaksi dengan asumsi semua CO2 bereaksi
dengan NH3 membentuk karbamat dan karbamat terhitung dalam bentuk NH3 dan
CO2 maka :
Urea hasil reaksi = X . CO2 masuk reaktor
= 0,558876 . 671.477
= 375.27 Kmol/Jam
CO2 yang bereaksi = 375.27 Kmol/Jam
NH3 yang bereaksi = 2 x 375.27
= 750.54 Kmol/Jam
H2O hasil reaksi = 375.27 Kmol/Jam
*Menghitung aliran keluar dari reaktor :
CO2 keluar reaktor = CO2 masuk – CO2 bereaksi
= 671.477 – 375.27
= 296.2 Kmol/Jam
H2O keluar reaktor = 375.27 + 929.6
= 1304.87 Kmol/Jam
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
167
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Konversi biuret menjadi urea pada data design
= x 100 %
= 35,052% / jam x 1 jam/60 menit
= 0,584% / menit
Biuret yang menjadi urea = 0,584% / menit x 25 menit (waktu tinggal) x 2.8
= 0,408
Urea yang terbentuk dari biuret = 2 x 0,408
= 0.8176
Total urea yang keluar reaktor = 375.27 + 198.21 + 0.8176
= 574.3 Kmol/Jam
Biuret yang keluar reaktor = biuret masuk – biuret yang menjadi urea
= 2.8 – 0.8176
= 1.9824 Kmol/Jam
NH3 keluar reaktor = NH3 masuk + NH3 bereaksi dengan CO2 - NH3 bereaksi
dengan biuret
= 2567.43 – 750.54 – 0,408
= 1816.482 Kmol/Jam
Tabel 6.13. Komposisi umpan masuk reaktor
Komponen Kg/Jam BM Kmol/JamCO2 11833.8 44 268.95NH3 24602 17 1415.411
Tabel 6.14. Komposisi umpan masuk reaktor dari recycle
Komponen Kg/Jam BM Kmol/JamUrea 11892.837 60 198.21NH3 19044.3 17 1120.25CO2 17711.199 44 402.53
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
168
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
H2O 16732.716 18 929.60Biuret 288.948 103 2.81
Tabel 6.15. komposisi aliran keluar dari reaktor (DC-151)
Komponen BM Kmol/jam Kg/jamUrea 60 574.3 34458NH3 17 1816.482 30880.194CO2 44 296.2 13032.8H2O 18 1304.87 23487.66
Biuret 103 1.9824 204.1872Total - 3993.8344 102,063
Tabel 6.16. Material Balance Reaktor Urea
KOMPOSISI (%)
INLET REAKTOR OUTLET REAKTOR
DC 151 DC 151S-104 S-104
Kg/H % Kg/H %
UREA 11892.837 11.77 34458 33.76
NH3 42543.7 42.12 30880.194 30.26
CO2 29544.99 29.25 13032.8 12.77
H2O 16732.716 16.57 23487.66 23.01
BIURET 288.948 0.29 204.1872 0.20TOTAL 101003.19 1.00 102062.84 100
Dengan Rate CO2 100% :
Komposisi Inlet Reaktor:
UREA = 5916 Kg
= 98.60 Kmol
NH3 Total = 142996 Kg
= 8411.53 Kmol
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
169
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
CO2 Total = 88776 Kg
= 2017.64 Kmol
H2O = 27063 Kg
= 1503.50 Kmol
Biuret = 206 Kg
= 2 Kmol
*Mole Ratio :
= 0.52
*Konversi CO2 menjadi Urea
X = {(0,2616 . )–(0,01945 .( )2)+(0,0382 .( ).( 0.52))-(0,1160 .
0.52))-(0,02732. ( ).(190/100))-(0,1030.0.52)(190/100))+(1,640.
(190/100))-(0,1394(190/100)3)-1,869)} x 100%
= 73.48 %
Untuk urea yang terbentuk karena reaksi dengan asumsi semua CO2 bereaksi
dengan NH3 membentuk karbamat dan karbamat terhitung dalam bentuk NH3 dan
CO2 maka :
Urea hasil reaksi = X . CO2 masuk reaktor
= 0.7348 . 2017.64
= 1482.5 Kmol/Jam
CO2 yang bereaksi = 1482.5 Kmol/Jam
NH3 yang bereaksi = 2 x 1482.5
= 2965 Kmol/Jam
H2O hasil reaksi = 1482.5 Kmol/Jam
*Menghitung aliran keluar dari reaktor :
CO2 keluar reaktor = CO2 masuk – CO2 bereaksi
= 2017.64 – 1482.5
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
170
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
= 535.14 Kmol/Jam
H2O keluar reaktor = 1482.5 + 1503.50
= 2986 Kmol/Jam
Konversi biuret menjadi urea pada data design = x 100 %
= 35,052% / jam x 1 jam/60 menit
= 0,584% / menit
Biuret yang menjadi urea = 0,584% / menit x 25 menit (waktu tinggal) x 2
= 0,292
Urea yang terbentuk dari biuret = 2 x 0,292
= 0.584
Total urea yang keluar reaktor = 1482.5 + 98.60 + 0.584
= 1581.684 Kmol/Jam
Biuret yang keluar reaktor = biuret masuk – biuret yang menjadi urea
= 2 – 0.584
= 1.416 Kmol/Jam
NH3 keluar reaktor = NH3 masuk + NH3 bereaksi dengan CO2 - NH3 bereaksi
dengan biuret
= 8411.53 – 2965 – 0,292
= 5446.238 Kmol/Jam
Tabel 6.17. Komposisi umpan masuk total reaktor (DC 151)
Komponen BM Kmol/jam Kg/jamUrea 60 98.6 5916NH3 17 8411.53 142996CO2 44 2017.64 88776H2O 18 1503.5 27063
Biuret 103 2.00 206Total - 12033.26384 264,957
Tabel 6.18. Menghitung komposisi aliran keluar dari reaktor (DC-151)
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
171
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Komponen BM Kmol/jam Kg/jamUrea 60 1581.684 94901.04NH3 17 5446.238 92586.05CO2 44 535.14 23546.16H2O 18 2751.72 49530.96
Biuret 103 1.416 145.85Total - 10316.198 260,710
Tabel 6.19. Material Balance Reaktor Urea :
KOMPOSISI (%)
INLET REAKTOR OUTLET REAKTOR
DC 151 DC 151S-104 S-104
Kg/H % Kg/H %
UREA 5916 2.23 94901.04 36.40
NH3 142996 53.97 92586.046 35.51
CO2 88776 33.51 23546.16 9.03
H2O 27063 10.21 49530.96 19.00
BIURET 206 0.08 145.848 0.06TOTAL 264957 100.00 260710.05 100.00
Efisiensi reaktor =
=
= 76 %
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
172
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Dari perhitungan efisiensi reaktor didapatkan efisiensi sebesar 76%, hal ini
disebakan karena rate CO2 aktual dan design cukup berbeda. Dalam kondisi actual
dengan rate CO2 65.68 % diperoleh konversi urea sebesar 55.8 %. Adapun alasan
pengurangan rate CO2 ini adalah ketidakmampuan beberapa alat di unit purifikasi
dan pembutiran karena umur alat yang sudah tua dan kinerjanya sudah jauh
menurun dari semula sehingga perlu dilakukan penyesuaian, salah satunya adalah
dengan pengurangan rate CO2 masuk.
Aliran keluar reaktor kemudian dialirkan melewati stripping dan carbamate
condenser. Dari hasil pengambilan data lapangan, komposisi aliran keluar dari
unit sintesis menuju unit purifikasi adalah sebagai berikut :
Tabel 6.20. Aliran Masuk Unit Purifikasi
Komponen BM Kmol/jam Kg/jamUrea 60 1389 83358
NH3 17 5458 92780
CO2 44 666 29299
H2O 18 2752 49531
Biuret 103 2 180Total - 10266 255148
Jumlah Urea dari reaktor menuju unit purifikasi berkurang dari 94901.04 kg/jam
menjadi 83358 kg/jam, hal ini terjadi karena ada sebagian urea yang
dikembalikan ke reaktor setelah melewati carbamate condenser dengan tujuan
agar diperoleh konversi yang lebih tinggi.
B. Unit Dekomposisi/Purifikasi
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
173
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
a. High Pressure Decomposer (HPD)
HPD berfungsi untuk menguraikan sebanyak mungkin ammonium
karbamat menjadi gas NH3 dan CO2 dan melepaskan kelebihan
NH3 dengan cara penurunan tekanan melalui pemanasan
menggunakan steam condensate. Hal yang harus diperhatikan
adalah pembentukan biuret dan hydolisa urea pada temperatur
tinggi dengan cara mengatur waktu tinggal sependek mungkin.
Tabel 6.21. Material Balance HPD
KOMPOSISI (%)
INLET HPD OUTLET HPD (TO LPD)
OUTLET HPD (TO HPA)
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
174
HPD
Inletfrom Reaktor
Out to HPA
Out to LPA
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
DA 202 DA 202 DA 202
Kg/H % Kg/H % Kg/H %
UREA 83358 32.67 78428 64.31 0 0
NH3 92780 36.37 6945 5.69 21190 41.19
CO2 29299 11.48 4980 1.62 23225 45.14
H2O 49531 19.41 34252 28.08 7034 13.67
BIURET 180 0.07 370 0.3 0 0
TOTAL 255148 100 124975 100 51449 100
b. Low Pressure Decomposer (LPD)
LPD berfungsi untuk menguapkan ekses (kelebihan) NH3 dan
menguraikan ammonium karbamat menjadi gas NH3 dan CO2
dengan cara penurunan tekanan dan pemanasan Falling Film
Heater dan gas dari proses Condensate Stripper.
Tabel 6.22. Material Balance LPD
KOMPOSISI (%)
INLET LPD OUTLET LPD (TO GS)
OUTLET LPD (TO LPA)
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
175
LPDInletfrom bottom HPD
Out to LPA
Out to GS
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
DA 202 DA 202 DA 202
Kg/H % Kg/H % Kg/H %
UREA 78428 64.31 77707 68.36 77707 68.36
NH3 6945 5.69 1037 0.91 1037 0.91
CO2 4980 1.62 688 0.61 688 0.61
H2O 34252 28.08 33810 29.74 33810 29.74
BIURET 370 0.3 431 0.38 431 0.38
TOTAL 124975 100 113673 100 113673 100
c. Gas separator (GS)
Tabel 6.23. Material Balance GS
KOMPOSISI (%)
INLET GSOUTLET GS (TO
CONCENTRATOR)OUTLET GS (TO
OGA)
DA 203 DA 203 DA 203
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
176
Gas Separator
Inletfrom bottom LPD
Out to OGA
Out to Crystallizer
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Kg/H % Kg/H % Kg/H %
UREA 77707 68.36 53482 71.34 0 0
NH3 1037 0.91 359 0.48 561 14.19
CO2 688 0.61 238 0.32 359 9.08
H2O 33810 29.74 20552 27.41 3033 76.73
BIURET 431 0.38 339 0.45 0 0
TOTAL 113673 100 74970 100 3953 100
C. Unit kristalisasi dan pembutiran
Urea dari Urea Solution Tank yang sudah bebas kandungan karbamat
dikristalkan pada kondisi vacuum oleh Crystalizer. Kristal urea yang
terjadi dipisahkan dari larutan induk (mother liquor) di Centrifuge.
Kemudian kristal urea dikeringkan dan dihembuskan oleh udara panas ke
Melter (dibuat lelehan) yang selanjutnya di prill-kan di Prilling Tower
sambil didinginkan dengan udara kering.
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
177
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
a. Crystallizer
Merupakan tempat mengkristalkan larutan urea dengan cara
divacuumkan, sehingga uap airnya menguap dan dikirim ke PCT.
Larutan urea selanjutnya membentuk kristal dan turun ke bawah.
Crystalizer terdiri dari 2 bagian atas dan bawah:
1. Vacuum Concentrator
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
178
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Merupakan tempat menguapkan air dari larutan urea.
2. Crystallizer
Merupakan tempat mengkristalkan larutan urea yang turun dari
vacuum concentrator, dimana kristal akan tumbuh menjadi besar
karena adanya kontak dengan larutan urea yang supersaturated,
sampai kandungan kristal ureanya 30-35% berat.
Asumsi massa masuk crystallizer = massa keluar crystallizer
Tabel 6.24. Material Balance Crystallizer
KOMPOSISI (%)
INLET CRYSTALLIZER OUTLET CRYSTALLIZER
A B C D
Kg/H % Kg/H % Kg/H % Kg/H %
UREA 53482 71.34 957864 85.30 132670 84.43 878463 84.43
NH3 359 0.48 2392 0.21 358 0.23 2393 0.23
CO2 238 0.32 2168 0.19 326 0.2 2081 0.20
H2O 20552 27.41 137200 12.22 20719 13.17 137029 13.17
BIURET 339 0.45 23262 2.07 3105 1.97 20496 1.97
TOTAL 74970 100 1122886 100 157178 100 1040462 100
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
179
CRYSTALLIZER
Inlet from bottom GS
Out to Centrifuge
Inlet from bottom Centrifuge
Back to concentrator
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Dimana, A = Aliran masuk dari gas separator
B = Aliran masuk dari dasar concentrator
C = Keluar ke centrifuge
D = Keluar ke concentrator
b. Centrifuge
Berfungsi memisahkan kristal urea dari larutan induk dengan
bantuan prethickener FD-202. Lima unit prethickener dan
centrifuge ini disiapkan untuk mendapatkan produk 100% dengan
kadar air sekitar 1,9%. Larutan induk yang dipisahkan oleh
prethickener dan centrifuge mengalir ke bawah dan ditampung di
Mother Liquor Tank FA-203, dipanasi dengan steam melalui tube
untuk menghindari kristalisasi.
Tabel 6.25. Material Balance Centrifuge
KOMPOSISI (%)
INLET CENTRIFUGEOUTLET
CENTRIFUGE (TO FLUIDIZING DRYER)
OUTLET CENTRIFUGE (TO MOTHER LIQUOR
TANK)GF 201 GF 201 GF 201
Kg/H % Kg/H % Kg/H %
UREA 132670 84.43 47927 97.78 84943 78.39
NH3 358 0.23 0 0 358 0.33
CO2 326 0.2 0 0 326 0.3
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
180
CENTRIFUGE
Inlet from Crystallizer
Out to Fluidizing Dryer
Out to Mother Liquor Tank
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
H2O 20719 13.17 958 1.95 19761 18.24
BIURET 3105 1.97 133 0.27 2972 2.74
TOTAL 157178 100 49018 100 108360 100
c. Fluidizing Dryer
Berfungsi sebagai tempat mengeringkan kristal urea dengan
bantuan udara panas sampai kandungan air < 0,2% dan
mengalirkan kristal urea tersebut menuju cyclone. Udara panas
dijaga pada temperatur 120°C dan tidak boleh melebihi 130°C
(titik leleh urea dalah 132,7°C).
Asumsi yang digunakan adalah
Massa masuk Fluidizing Dryer = Massa keluar Fluidizing Dryer
d. Screw Conveyor
Massa masuk Screw Conveyor = Massa keluar Fluidizing Dryer
Tabel 6.26. Material Balance Screw Conveyor
KOMPOSISI (%)
INLET SCREW OUTLET SCREW
JD 301A/B JD 301A/B
Kg/H % Kg/H %
UREA 47927 97.78 47832 99.43
NH3 0 0 0 0
CO2 0 0 0 0
H2O 958 1.95 143 0.3
BIURET 133 0.27 132 0.27
TOTAL 49018 100 48107 100
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
181
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
e. Melter
Massa Masuk Melter = Massa keluar Screw Conveyor
Q steam
Q condensat
Tabel 6.27. Material Balance Melter
KOMPOSISI (%)
INLET MELTER OUTLET MELTER
EA 301 EA 301
Kg/H % Kg/H %
UREA 47832 99.43 63194 99.1
NH3 0 0 0 0
CO2 0 0 0 0
H2O 143 0.3 190 0.3
BIURET 132 0.27 382 0.6
TOTAL 48107 100 63766 100
f. Prilling tower
Berfungsi sebagai tempat membutirkan urea dari melter dengan
bantuan Distributor FJ-301 dan udara panas sebagai pendingin
butiran urea. Urea prill dikumpulkan di Fluidizing Cooler FD-302
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
182
MELTER
Inlet from Scew Conveyor
Out to Prilling Tower
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
dan overflow ke Trommel FD-303. Produk urea dikirim ke Bulk
Storage dengan Belt Conveyor.
Tabel 6.28. Material Balance Prilling Tower
KOMPOSISI (%)
INLET PRILLING OUTLET PRILLING
Kg/H % Kg/H %
UREA 47382 99.43 62969 99.1
NH3 0 0 0 0.0
CO2 0 0 0 0.0
H2O 143 0.3 191 0.3
BIURET 132 0.27 381 0.6
TOTAL 47657 100 63541 100.0
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
183
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
2) Neraca Panas
Data yang diperoleh dari lapangan pada tanggal 1 Februari – 29
Februari 2012 adalah sebagai berikut :
Tabel 6.29. Data Suhu Masuk dan Suhu Keluar Alat di Pabrik Urea
ALATDATA SUHU (°C)
Suhu Masuk Suhu Keluar
Reaktor176 (Recycle)
190156 (CO2)73 (NH3)
Stripper 178 192CC1 190 177CC2 187 177
HPD 156155 (To HPAC)
165 (to LPD)
LPD 149120 (to LPA)122 (to GS)
GS 117117 (to OGA)
92 (to crystallizer)
HPAC149 (gas in) 109 (gas out)35 (cw in) 94 (cw out)
Crystallizer 70 68Centrifuge 68 68
Fluidizing Dryer 68 100Melter 100 138
Prilling tower 138 43
1. Unit Sintesis
a. Reaktor
Kondisi umpan masuk
Temperatur : NH3 = 73 oC
CO2 = 156 oC
Recycle = 173 oC
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
184
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Reaktor = 190 oC
Tekanan pada reaktor = 165 Kg/cm2
Reaksi :
2 NH3 + CO2 NH4CO2NH2 H1 = +36 Kkal/mol
NH2CO2NH4 NH2CONH2 + H2O H2 = 7,7 Kkal/mol
NH2CONH2 NH2CONHCONH2 + NH3 H3=+4,28 Kkal/mol
Qmasuk = Q CO2 + Q NH3 + Q recycle
Q CO2 = m cp dT
= 268.95 . 1000 (10,34 + 0,00274 T - ) dT
= 268950 (10,34 T + T2 + ) dT
= 268950 x [10,34 (156 - 25) + (1562 - 252) +
]
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
185
T CO2 = 156 oCT NH3 = 73 oCT Recycle = 173 oC Q1
25 oC 25 oC
Q2
190 oC
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
= 268950 x (2879.4) cal /gmol
= 774412070.2 cal / jam
= 774412 kcal / jam
= 3242308.1616 kJ / jam
Q NH3 = m cp dT
= 1415.411 . 1000 (6,70 + 0,00630 T) dT
= 1415411 (6,70 T + T2) dT
= 1415411 x [6,70 (73 - 25) + (732 - 252)]cal/gmol
= 1415411 x (336.4176) cal / gmol
= 476169171.6 cal / jam
= 476169.1716 kcal / jam
= 1993625.0876 kJ / jam
Q recycle = m cp dT
= 9820.5 . 1000 (7,563 + 3,4225.10-3T + 2,5728.10-
7 - ) dT
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
186
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
= 9820500 (7,563 T + T2 + T3
+ ) dT
= 9820500 x [7,563(173 -25) + (1732 - 252) +
(1733 - 253) + ]
= 9820500 x [1613.75] cal / gmol
= 15847831880 cal /jam
= 15847831.88 kcal / jam
= 66351702.51 kJ / jam
Qmasuk = Q CO2 + Q NH3 + Q recycle
= 3242308.1616 + 1993625.0876 + 66351702.51
= 71587635.76 kJ / jam
Qkeluar =
= Q urea + Q NH3 + Q CO2 + Q H2O + Q biuret
Q urea = m cp dT
= 1581.684 . 1000 (0,3437 + 0,001073 T) dT
= 1581684 (0,3437 T + T2) dT
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
187
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
= 1581684 x [0,3437 (190 -25) + (1902-252)]cal/gmol
= 1581684 x (75.74) cal / gmol
= 119796746.2 cal / jam
= 119796.7462 kcal / jam
= 501229.58 kJ / jam
Q NH3 = m cp dT
= 5446.238 . 1000 (6,7 + 0,00630 T) dT
= 5446238 (6,70 T + T2) dT
= 5446238 x [6,70 (190 – 25) + (1902 – 252)]cal / gmol
= 5446238 x [1217.24] cal / gmol
= 6629378743 cal / jam
= 6629378.743 kcal / jam
= 27737320.66 kJ / jam
Q CO2 = m cp dT
= 535.14 x 1000 (10,34 + 0,00274 T - ) dT
= 535140 (10,34 T + T2 + ) dT
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
188
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
= 535140 x [10,34 (190 - 25) + (1902 - 252) +
] cal / gmol
= 535140 x [2939.55] cal / gmol
= 1573070787 cal / jam
= 1573070.787 kcal / jam
= 6581728.17 kJ / jam
Q H2O = m cp dT
= 2751.72 x 1000 (8,22 + 0,00015T + 0,00000134T2)dT
= 2751720 (8,22 T + + T3) dT
= 2751720 x [8,22 (190 – 25) + (1902 - 252) +
(1903 - 253 )] cal / gmol
= 2751720 x [1362.01] cal / gmol
= 3747890334 cal / jam
= 3747890.334 kcal / jam
= 15691667.25 kJ / jam
Qbiuret = m cp dT
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
189
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
= 1.416 x 1000 (0,3437 + 0,001037 T) dT
= 1416 (0,3437 T + T2) dT
= 1416 x [0,3437 (190 - 25) + (1902 - 252)] cal /gmol
= 1416 x [75.74] cal /gmol
= 107247.84 cal / jam
= 107.24784 kcal / jam
= 448.72 kJ / jam
Qkeluar = Qurea + QNH3 + QCO2 + QH2O + Qbiuret
= (501229.58 + 27737320.66 + 6581728.17 + 15691667.25 +
448.72) kJ / jam
= 50512394.38 kJ / jam
Reaksi :
2 NH3 + CO2 NH4CO2NH2 (- H1) =-36 kcal/mol
NH2CO2NH4 NH2CONH2 + H2O (- H2)=+7,7 kcal/mol
2 NH2CONH2 NH2CONHCONH2 + NH3 (- H3) = +4,28 kcal/mol
NH3 + CO2 + NH2CONH2 NH2CONHCONH2 + NH3 + H2O
Qreaksi = Ft ΔHr ; Ft = mol total bereaksi
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
190
(-ΔHr) = - 24.02 kcal/mol= -100.5 kJ/mol= -100500 kJ/kmol
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Qreaksi= 7761.95 kmol/jam x (- 100500 kJ/kmol)
= - 780075975 kJ/jam
Qin + Qdihasilkan sistem = Q out + Q reaksi
71587635.76 + Qdihasilkan sistem = 52142293.5 - 780075975
Qdihasilkan sistem = -799521317.3 kJ/jam
Reaksi overall pembentukan urea merupakan reaksi eksothermis, sehingga reaksi
menghasilkan panas, kemudian sebagian kecil panas tersebut digunakan untuk
proses hidrasi karbamat menjadi urea. Dari seksi sintesa banyak sekali panas yang
dapat dimanfaatkan, dapat terlihat banyaknya teknologi – teknologi baru dalam
unit sintesis urea sehingga panas tersebut dimanfaatkan dan kaitannya dengan
efisiensi unit sintesa dan konsep hemat energi.
2. Unit Purifikasi/Dekomposisi
a. HPD (High Pressure Decomposer)
1. Aliran panas yang masuk HPD
T = 156 °C Tref = 25 °C P = 17.5 kg/cm2
Tabel 6.30. Aliran Panas Masuk HPD
Komponen F (kmol/jam) Cp (kJ/kmol K) ΔT (K) Q1 (kJ/jam)Urea 1389.30 138.60 131.00 25224964.38NH3 5457.65 39.83 131.00 28476528.79CO2 665.89 42.65 131.00 3720407.00H2O 2751.72 78.06 131.00 28138726.20Biuret 1.75 149.63 131.00 34221.88Total 10266.30 85594848.24
2. Aliran panas keluar HPD to LPD
T = 165 °C Tref = 25 °C P = 17.5 kg/cm2
Tabel 6.31. Aliran Panas Keluar HPD to LPD
Komponen F (kmol/jam) Cp (kJ/kmol K) ΔT (K) Q2 (kJ/jam)
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
191
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Urea 1307.13 138.79 140.00 25398384.95NH3 408.53 40.1 140.00 2293484.12CO2 113.18 42.91 140.00 679928.45H2O 1902.89 78.52 140.00 20918076.98Biuret 3.59 151.24 140.00 75986.73Total 3735.32 49365861.23
3. Aliran panas keluar HPD to HPA
T = 155 °C Tref = 25 °C P = 17.5 kg/cm2
Tabel 6.32. Aliran Panas keluar HPD to HPA
Komponen F (kmol/jam) Cp (kJ/kmol K) ΔT (K) Q3 (kJ/jam)Urea 0.00 138.60 130.00 0.00NH3 1246.47 39.83 130.00 6454100.06CO2 527.84 42.65 130.00 2926613.92H2O 390.78 35.68 130.00 1812583.64Biuret 0.00 149.63 130.00 0.00Total 2165.09 11193297.62
4. Panas Laten to HPA
Tabel 6.33. Panas Laten di HPD
Komponen F (kg/jam) λ (kJ/kg) Q4 (kJ/jam)NH3 21190.00 1369 29009110CO2 23225.00 574 13331150H2O 7034.00 2257 15875738Total 51449.00 58215998
Qin = 85594848.24 kJ / jam
Qout = 118775156.85 kJ / jam
Panas yang dibebankan pada reboiler HPD
= Qout – Qin
= 118775156.85-85594848.24
= 33180308.61 kJ / jam
Mencari massa steam yang dibutuhkan
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
192
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Tsin = 200 °C = 473 K
Tsout = 183 °C = 456 K
T ref = 25 °C = 298 K𝛌ref = 2565. 78 kJ/kmol
Cpudara = 29.98 kJ/kmol.K
Asumsi yang digunakan adalah :
panas yang disupply steam = panas yang dibebankan pada
reboiler
Cp udara dianggap tidak tergantung suhu
Q steam masuk – Q steam keluar = Q fluida keluar –Q fluida masuk
Qsin = (0,7 ms. [Cpsteam.(Tsin-Tref)+𝛌ref])+0,3 ms.Cpair (Tsin-Tref)
= (0.7 ms. [35.63 (473-298)+ 2565. 78])+0.3 ms. 29.28 (473-298)
= 7697 ms
Qsout = ms. Cpair (Tsout-Tref)
= ms. 29.98 (456-298)
= 4736.84 ms
(7697 ms + 4736.84 ms) kJ/kmol = 33180308.61 kJ/jam
ms = 2668.548 kmol/jam
b. LPD (Low Pressure Decomposer)
1. Aliran panas yang masuk LPD
T = 149 °C Tref = 25 °C P = 2.3 kg/cm2
Tabel 6.34. Aliran Panas Masuk LPD
Komponen F (kmol/jam) Cp (kJ/kmol K) ΔT (K) Q1 (kJ/jam)Urea 1307.13 138.42 124.00 22435741.10NH3 408.53 39.56 124.00 2004016.52CO2 113.18 42.40 124.00 595064.73H2O 1902.89 77.65 124.00 18322155.96Biuret 3.59 148.00 124.00 65860.72Total 3735.32 43422839.02
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
193
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
2. Aliran panas keluar LPD to GS
T = 122 °C Tref = 25 °C P = 2.3kg/cm2
Tabel 6.35 Aliran Panas Keluar LPD to GS
Komponen F (kmol/jam) Cp (kJ/kmol K) ΔT (K) Q2 (kJ/jam)Urea 1295.12 138.82 97.00 17439445.28NH3 61.00 40.15 97.00 237567.55CO2 15.64 42.95 97.00 65143.44H2O 1878.33 76.50 97.00 13938172.50Biuret 4.18 151.50 97.00 61433.18Total 3254.27 31741761.94
3. Aliran panas keluar LPD to LPA
T = 120 °C Tref = 25 °C P = 2.3 kg/cm2
Tabel 6.36. Aliran Panas Keluar LPD to LPA
Komponen F (kmol/jam) Cp (kJ/kmol K) ΔT (K) Q3 (kJ/jam)Urea 0.00 137.92 95.00 0.00NH3 397.47 38.63 95.00 1458657.44CO2 84.75 41.44 95.00 333643.80H2O 216.06 36.03 95.00 739525.76Biuret 0.00 142.04 95.00 0.00Total 698.28 2531827.00
4. Panas Laten to LPA
Tabel 6.37. Panas Laten di LPD
Komponen F (kg/jam) λ (kJ/kg) Q4 (kJ/jam)NH3 6757.00 1369 9250333CO2 3729.00 574 2140446H2O 3889.00 2257 8777473Total 14375.00 20168252
Qin = 43422839.02 kJ / jam
Qout = 54441840.94 kJ / jam
Panas yang dibebankan pada reboiler LPD = Qout – Qin
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
194
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
= 54441840.94 - 43422839.02
= 11019001.92 kJ / jam
Dari pengukuran data lapangan, diketahui massa steam yang
dibutuhkan di reboiler LPD sebesar 2.93 ton/jam
Massa steam dibutuhkan = 2.93 ton/jam
= 2930 kg/jam
= 162.78 kmol/jam
c. GS (Gas Separator)
1. Aliran panas yang masuk GS
T = 117 °C Tref = 25 °C P = 0.3 kg/cm2
Tabel 6.38. Aliran Panas Masuk GS
Komponen F (kmol/jam) Cp (kJ/kmol K) ΔT (K) Q1 (kJ/jam)Urea 1295.12 137.87 92.00 16427311.60NH3 61.00 38.49 92.00 216005.88CO2 15.64 41.30 92.00 59411.93H2O 1878.33 76.34 92.00 13192060.93Biuret 4.18 141.16 92.00 54289.78Total 3254.27 29949080.13
2. Aliran panas keluar GS to Crystallizer
T = 92 °C Tref = 25 °C P = 0.3kg/cm2
Tabel 6.39. Aliran Panas Keluar GS to Crystallizer
Komponen F (kmol/jam) Cp (kJ/kmol K) ΔT (K) Q2 (kJ/jam)Urea 891.37 137.72 67.00 8224854.16NH3 21.12 37.69 67.00 53326.92CO2 5.41 40.38 67.00 14634.08H2O 1141.78 75.69 67.00 5790217.72Biuret 3.29 135.71 67.00 29897.01Total 2062.96 14112929.88
3. Aliran panas keluar GS to OGA
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
195
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
T = 117 °C Tref = 25 °C P = 1 atm
Tabel 6.40. Aliran Panas Keluar GS to OGA
Komponen F (kmol/jam) Cp (kJ/kmol K) ΔT (K) Q3 (kJ/jam)Urea 0.00 137.92 92.00 0.00NH3 33.00 38.63 92.00 117280.68CO2 8.16 41.44 92.00 31106.37H2O 168.50 36.03 92.00 558537.06Biuret 0.00 142.04 92.00 0.00Total 209.66 706924.11
4. Panas Laten to OGA
Tabel 6.41. Panas Laten di GS
Komponen F (kg/jam) λ (kJ/kg) Q4 (kJ/jam)NH3 6757.00 1369 9250333CO2 3729.00 574 2140446H2O 3889.00 2257 8777473Total 14375.00 20168252
Qin = 29949080.13 kJ / jam
Qout = 34988105.99 kJ / jam
Beban Panas GS = Qout – Qin
= 34988105.99 - 29949080.13
= 5039025.87 kJ / jam
Dari pengukuran data lapangan, diketahui massa steam masuk GS
sebesar 0.62 ton/jam
Massa steam dibutuhkan = 0.62 ton/jam
= 620 kg/jam
= 34.44 kmol/jam
3. Unit Kristalisasi dan Pembutiran
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
196
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
a. Crystallizer
Tabel 6.42. Aliran Panas Masuk dari Gas Separator (Q1)
Komponen F (kmol/jam)Cp (kJ/kmol
K) ΔT (K) Q1 (kJ/jam)Urea 891.37 137.92 45.00 5532178.08NH3 21.12 36.91 45.00 35075.36CO2 5.41 39.38 45.00 9585.45H2O 1141.78 75.35 45.00 3871483.00Biuret 3.29 130.01 45.00 19236.69Total 2062.96 9467558.57
Tabel 6.43. Aliran panas masuk dari dasar Concentrator (Q2)
KomponenF
(kmol/jam)Cp (kJ/kmol
K) ΔT (K) Q2 (kJ/jam)Urea 15964.40 137.92 45.00 99081452.16NH3 140.71 36.91 45.00 233705.44CO2 49.27 39.38 45.00 87316.20H2O 7622.22 75.35 45.00 25845050.00Biuret 225.63 130.01 45.00 1320011.33Total 24002.23 126567535.12
Panas kristalisasi urea λ = 196.648 kJ/kg
Q3 = Furea x λ
= 132670 x 196.648
= 26089290.16 kJ/jam
Tabel 6.44. Aliran panas keluar crystallizer (Q4)
Komponen F (kmol/jam)Cp (kJ/kmol
K) ΔT (K) Q4 (kJ/jam)Urea 2211.17 106.00 43.00 10078497.67NH3 21.06 36.88 43.00 33395.92CO2 7.41 39.30 43.00 12520.62H2O 1151.06 75.35 43.00 3729477.55Biuret 30.12 129.95 43.00 168285.88Total 3420.81 14022177.65
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
197
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Tabel 6.45. Aliran panas kembali ke concentrator (Q5)
Komponen F (kmol/jam)Cp (kJ/kmol
K) ΔT (K) Q5 (kJ/jam)Urea 14641.05 105.99 53.10 82400839.63NH3 140.76 36.91 53.10 275887.70CO2 47.30 39.80 53.10 99953.27H2O 7612.72 75.44 53.10 30495529.89Biuret 198.80 131.94 53.10 1392776.56Total 22640.63 114664987.05
Q in total = Q1+Q2+Q3
= 162124383.86 kJ/jam
Qout total= Q4+Q5+Q3
= 154776454.86 kJ/jam
Qloss = Qout – Qin= 154776454.86 - 162124383.86= -7347929.00 kJ/jam
Efisiensi pengkristalan = 95.46772125 %
Dari pengukuran di lapangan, didapat massa steam yang masuk ke
crystallizer sebesar 253 ton/jam
Massa steam dibutuhkan = 253 ton/jam
= 253000 kg/jam
= 14055.5556 kmol/jam
b. Fluidizing Dryer
Q masuk fluidizing dryer = Ft x Cpcamp x dT
Ft masuk fluidizing dryer = 853.30 kmol / jam
Cpcamp = (105.99 x 0.9778)+(75.35 x 0.0195)+(130.01 x0.0027) kJ/jam
= 114.37 kJ / kmol K
Qin = 853.30 x 114.37 x (341-298)
Qin = 4196452.6 kJ / jam
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
198
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Q keluar fluidizing dryer = Ft x Cpcamp x dT
Ft keluar fluidizing dryer = 853.30 kmol / jam
Cpcamp = (115.11x 0.9778) +(75.91x 0.0195) +(137.56 x0.0027) kJ/jam
= 114.41 kJ / kmol K
Qout = 853.30 x 114.41 x (373-298)
Qout = 7366752.225 kJ / jam
Beban Panas Fluidizing Dryer = 7366752.225 - 4196452.6
= 3170299.62 kJ / jam
Dari data di lapangan, jumlah steam yang dibutuhkan di air heater
fluidizing dryer sebesar 34.66 ton/jam
Massa steam dibutuhkan = 34.66 ton/jam
= 34660 kg/jam
= 1925.56 kmol/jam
c. Melter
Jumlah panas yang dibutuhkan untuk melelehkan Urea (Qa) adalah
Qa = Q2 – Q1
Dimana : Qa = beban panas (kJ/jam)
Q1 = panas yang masuk ke melter(kJ/jam)
Q2 = panas yang keluar dari melter (kJ/jam)
Harga Q1 adalah
Q1 = Q urea + Q H2O + Q Biuret
Q urea = mol urea x Cp urea x dT
= 797.20 x 115.09 x (373 – 298)
= 6881231.1 kJ/jam
Q H2O = mol H2O x Cp H2O x dT
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
199
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
= 7.94 x 75.35 x (373 – 298)
= 44870.925 kJ/jam
Q Biuret = mol Biuret x Cp Biuret x dT
= 1.28 x 137.5 x (373 – 298)
= 13200 kJ/jam
Q1 = 6881231.1 + 44870.925 + 13200
= 6939302.025 kJ/jam
Harga Q2 adalah
Q2 = Q urea + Q H2O + Q Biuret
Q urea = (mol urea x Cp urea x dT) + (massa urea x λ urea)
Dengan, λ = panas pelelehan urea = 176.1464 kJ/kg
= (1053.23 x 125.88 x (411 – 298)) + (63194 x 176.1464)
= 26113002.54 kJ/jam
Q H2O = (mol H2O x Cp H2O x dT) + (mol H2O x λH2O)
Dengan, λ = panas penguapan H2O = 40.7 kJ/kmol
= (10.56 x 35.83 x (411 – 298) ) + (10.56 x 40.7)
= 43185.0144 kJ/jam
Q Biuret = mol Biuret x Cp Biuret x dT
= 3.71 x 145.8 x (411 – 298)
= 61123.734 kJ/jam
Q2 = 26113002.54 + 43185.0144 + 61123.73
= 26217311.29 kJ/jam
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
200
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Jadi, beban panas melter
Qa = 26217311.29 - 6939302.025
= 19278009.26 kJ/jam
Dari data di lapangan, jumlah steam yang dibutuhkan di air heater
melter sebesar 1.13 ton/jam
Massa steam dibutuhkan = 1.13 ton/jam
= 1130 kg/jam
= 62.77 kmol/jam
d. Prilling Tower
Arus Panas Masuk ke Prilling Tower : Final Separator
Temperatur = 138oC = 411 K
Tabel 6.46. Aliran Panas dari Final Separator
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
201
Komponen Flow rate(kg/jam)
Flow rate(mol/jam)
Q(kcal/j)
Urea 63914 1053233.333 3449.9595 3633612.343H2O 190 10555.55556 2050.4838 21643.99568Biuret 382 3705.14064 3382.8146 12533.80385
Jumlah 3667790.142
Prilling Tower
Final Separator
Udara Keluar
Udara dari Blower dan Udara SampingUrea
Produk
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Udara Samping
Temperatur = 35oC = 308 K
Tabel 6.47. Aliran Panas dari Udara Samping
Air to Blower for Fuel Cooler
Temperatur = 38oC = 311 K
Tabel 6.48. Aliran Panas Air to Blower
Arus panas total masuk = 6266315.72 kcal/jam= 26218264.97 kJ/jam
Arus Panas Keluar Prilling Tower : Urea produk
Temperatur = 43oC = 316 K
Tabel 6.49. Aliran Panas Urea Produk
Komponen Flow rate(kg/jam)
Flow rate(mol/jam)
Q(kcal/j)
Urea Urea 62969 1049483.333 635.695H2O Air 191 10590.14464 324.7111
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
202
Komponen Flow rate(kg/jam)
Flow rate(mol/jam)
Q(kcal/j)
Udara 340672.5 11812.5 697794 824269.1217H2O 12598 695822.1947 79.8863 55586.6778
Jumlah 879855.7995
Komponen Flow rate(kg/jam)
Flow rate(mol/jam)
Q(kcal/j)
Udara 511901.7856 17749715.1734 90.7398 1610606.2778H2O 18824 1039701.3013 103.9371 108063.5003
Jumlah 1718669.7781
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Biuret Biuret 381 3697.819659 493.7324Jumlah 672415.7785
Effuent air
Temperatur = 40oC = 313 K
Tabel 6.50. Aliran Panas Effluent Air
Komponen Flow rate(kg/jam)
Flow rate(mol/jam)
Q(kcal/j)
Udara 854464.2857 29627749.16 104.7202 3102623.817H2O 41976 2318449.948 119.9928 278197.3009
Jumlah 3380822.172
Arus panas total keluar = 4053237.95 kcal/jam = 16958747.58 kJ/jam
Q in – Q out = Q accumulation
26218264.97 kJ/jam – 16958747.58 kJ/jam = Q accumulation
Q accumulation = 9259517.39 kJ/jam
Dari neraca panas diatas didapatkan panas akumulasi. Molten
urea selama di-spray dari distributor sampai dihasilkan urea produk,
jumlah air dan biuretnya hampir sama, maka disimpulkan bahwa panas
akumulasi yang ada hanya digunakan untuk mengubah urea cair
menjadi urea padat pada suhu lelehnya yaitu 132,7oC dengan asumsi
heat loss ≈ 0.
VI.2.7Hasil dan Pembahasan
Berikut data hasil perhitungan neraca panas :
Tabel 6.50. Data Hasil Perhitungan Neraca Panas Tiap Alat
AlatPanas masuk
(kJ/jam)Panas keluar
(kJ/jam) ΔH (kJ/jam) Surplus/DeficitReaktor 71587635.76 -727933681.5 -799521317.3 SurplusHPD 85594848.24 118775156.9 33180308.61 Deficit
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
203
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
LPD 43422839.02 54441840.94 11019001.92 DeficitGS 29949080.13 34988105.99 5039025.86 DeficitCrystallizer 162124383.9 154776454.9 -7347929 SurplusFluidizing Dryer 4196452.6 7366752.225 3170299.625 DeficitMelter 6939302.025 26217311.29 19278009.27 DeficitPrilling Tower 26218264.97 16958747.58 -9259517.39 Surplus
Dari hasil perhitungan dapat dilihat bahwa pabrik pupuk urea
merupakan pabrik yang mengkonsumsi energi yang besar sekali,
namun energi yang dihasilkan pun besar. Panas yang dihasilkan
reaktor di unit sintesis cukup besar yaitu -799521317.3 kJ/jam. Hal
tersebut terjadi karena reaksi overall pembuatan urea merupakan reaksi
eksothermis yang menghasilkan panas. Pemanfaatan panas cukup
menjadi perhatian di pabrik pupuk urea ini. Selain karena factor energi,
suhu juga merupakan variable yang dijaga. Suhu reaktor yang semakin
tinggi dapat mempercepat terjadinya reaksi pembentukan urea, namun
apabila terlalu tinggi dapat menyebabkan korosi pada reaktor sehingga
mempengaruhi kinerja dari reaktor. Hal tersebut dapat terjadi akibat
pembentukan biuret di reaktor pada suhu yang terlalu tinggi dengan
waktu tinggal yang cukup lama.
Unit dekomposisi/purifikasi merupakan unit dengan konsumsi
energi terbesar bisa dilihat dari total panas yang dibutuhkan sebesar
49238336.4 kJ/jam. Hal ini karena pada unit purifikasi diinjeksikan
steam yang dibutuhkan untuk dapat mendekomposisi kelebihan NH3,
CO2, dan karbamat yang belum bereaksi sempurna menjadi urea untuk
dapat dipisahkan dan dikembalikan ke unit sintesa.
Berikut jumlah pemakaian steam berdasarkan pengambilan data di
lapangan :
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
204
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
Dapat dilihat bahwa konsumsi steam terbesar di unit dekomposisi
dengan total pemakaian steam sebesar 2865.768 kmol/jam. Langkah
penghematan konsumsi steam dapat dengan memanfaatkan panas dari
reaktor untuk memproduksi steam, atau dengan penggunaan teknologi
ACES (Advance Cost and Energi Saving) dimana aliran keluar reaktor
sebelum masuk ke unit dekomposisi dilewatkan terlebih dahulu di
carbamate condenser, sehingga sebagian kelebihan NH3, CO2, dan
Karbamat dapat terurai terlebih dahulu dari campuran gas, dengan
demikian beban unit dekomposisi akan berkurang, begitu juga dengan
konsumsi steam yang dibutuhkan.
Untuk unit finishing (pembutiran), kebutuhan steam terdapat pada
Fluidizing Dryer dan Melter. Untuk unit crystallizer panas dihasilkan
cukup besar yaitu sebesar 7347929 kJ/jam. Sedangkan panas terbesar
dihasilkan oleh prilling tower, namun bisa dikatakan panas tersebut
digunakan untuk mengubah urea cair menjadi urea padat pada suhu
lelehnya yaitu 132,7oC dengan asumsi heat loss ≈ 0.
VI.2.8Kesimpulan
1. Alasan jumlah NH3 dibuat berlebih adalah agar urea tidak
terhidrasi menjadi biuret yang dapat merusak kinerja alat di
pabrik urea. Terhidrasinya urea menjadi biuret dapat dihindari
dengan adanya ammonia berlebih. Kadar biuret yang diizinkan
keluar dari seksi finishing pun diusahakan seminimal mungkin.
2. Pabrik pupuk urea merupakan pabrik yang mengkonsumsi energi
yang besar sekali, namun energi yang dapat dihasilkan pun besar.
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
205
Alat massa steam dibutuhkan (kmol/jam)HPD 2668.548LPD 162.78GS 34.44Fluidizing Dryer 1925.56Melter 62.77
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
3. Salah satu penyebab borosnya kebutuhan steam yang diperlukan
di pabrik urea pusri II adalah banyaknya steam yang lolos dari
pipa-pipa yang bocor.
4. Unit sintesa merupakan unit dengan jumlah energi yang
dihasilkan cukup besar.
5. Jumlah steam yang dibutuhkan di unit dekomposisi dapat
dikurangi dengan meringankan kinerja dekomposisi dengan
menggunakan teknologi ACES (Advance Cost and energi
Saving).
6. Umur alat yang sudah tua merupakan salah satu alasan turunnya
efisiensi alat. Sehingga jumlah produksi urea tidak dapat
maksimal.
7. Adanya penyumbatan di Prilling Tower oleh urea serta debu
yang menempel (tidak lolos) yang kemudian terakumulasi dapat
mengurangi jumlah produksi urea. Hal ini juga terjadi karena
umur alat yang sudah tua sehingga perlu pengurangan rate
bahan baku agar kinerja alat tetap optimal
8. Perlu dilakukan pergantian alat-alat seperti heat exchanger pada
unit sintesa, karena sudah banyak yang mengalami kebocoran
pada bagian tube-nya.
VI.2.9Saran
1. Perlu pemasangan alat ukur flow rate gas sebelum masuk dan
keluar dari setiap alat di pabrik urea pusri II, hal ini digunakan
untuk meningkatkan keakuratan pembacaan jumlah gas masuk
dan keluar dengan harapan massa yang masuk akan sama dengan
massa yang terbaca pada alat ukur massa terproduksi.
2. Perlu adanya analisis lebih lanjut pada steam-steam yang lolos
akibat kebocoran pipa, sehingga dapat dilakukan penghematan
konsumsi steam.
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
206
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
3. Sebaiknya dilakukan pergantian alat indicator atau recorder bila
sudah ditemukan kesalahan/error pada saat pembacaan karena
hasilnya akan menjadi akurat.
4. Perlu dilakukan kajian lebih lanjut mengenai kinerja prilling
tower agar produksi maksimal dapat tercapai.
5. Perlu dilakukan pergantian alat-alat seperti heat exchanger pada
unit sintesa, karena sudah banyak yang mengalami kebocoran
pada bagian tube-nya.
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
207
UNIVERSITAS GADJAH MADA TUGAS KHUSUS
DAFTAR PUSTAKA
Coulson, M. J. And Richardson, J. F., 2005, “Chemical Engineering Design”, Vol.
6, 4ed., pp.440-441, Elseveir Butterworth-Heinemann, Oxford.
Abidin, Zainal, “Proses Urea TRCI PUSRI II”, PT PUSRI, Palembang.
Smith, J.M., Van Ness, H. C., and Abbot, M. M., 2001, “Introduction to Chemical
Engineering Thermodynamics”, 6ed., pp. 406, 560-561, McGraw-Hill
Book Company, New York.
Dinas Teknik Proses, 1998, “Filosofi Proses Pabrik Utilitas”, PT PUSRI,
Palembang.
No Name, “Basic Design Package for PUSRI II Urea Plant Optimization Project”,
PT PUSRI, Palembang.
Perry, R.H., and Don Green, 1984, “Perry’s Chemical Engineers Handbook”,
Sixth International Edition, Mcgraw Hill Book Company, New York.
Kellogg, 1973, Operating Instructions Manual, The M. W. Kellogg Company,
USA.
Laporan kerja praktekPT. Pupuk Sriwidjaja
208