perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
0
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK AMONIUM NITRAT
DARI AMONIA DAN ASAM NITRAT
KAPASITAS 60.000 TON/TAHUN
Disusun Oleh :
1. Danik Widi Astuti ( I 0508030 )
2. Yunie Widhyastuti ( I 0508072 )
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii-1
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT, karena limpahan
rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan
Laporan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari
Amonia dan Asam Nirat Kapasitas 60.000 Ton/Tahun”.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan
dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia atas bimbingannya.
2. Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. dan Wusana Agung W., S.T., M.T. selaku
dosen pembimbing atas bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas
akhir ini.
3. Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. dan Endang Kwartiningsih, S.T., M.T. selaku
Pembimbing Akademik atas bimbingan dan arahannya.
4. Inayati, S.T., M.T., Ph.D. dan Ir. Endang Mastuti W. selaku Dosen Penguji
dalam ujian pendadaran tugas akhir atas bimbingan dan arahannya.
5. Seluruh dosen, laboran, dan administrasi Jurusan Teknik Kimia atas ilmu,
arahan, dan bantuannya selama ini.
6. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa dan semangat yang
senantiasa diberikan.
7. Seluruh teman – teman Teknik Kimia UNS, khususnya angkatan 2008.
8. Seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii-2
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik
yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis
dan pembaca sekalian.
Surakarta, Oktober 2012
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv-1
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................................................................................. i
Lembar Pengesahan ......................................................................................... ii
Kata Pengantar ................................................................................................. iii
Daftar Isi .......................................................................................................... iv
Daftar Tabel ..................................................................................................... v
Daftar Gambar ................................................................................................. vi
Intisari ............................................................................................................. vii
BAB I PENDAHULUAN .................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ............................................ 1
1.2. Kapasitas Perancangan ........................................................... 2
1.2.1. Proyeksi Kebutuhan Amonium Nitrat di Indonesia ...... 2
1.2.2. Bahan Baku yang Diperlukan ...................................... 3
1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik ........................................................ 4
1.3.1 Bahan Baku ................................................................. 5
1.3.2 Transportasi dan Telekomunikasi ................................ 5
1.3.3 Tenaga Kerja ............................................................... 5
1.3.4 Karakterisasi Lokasi .................................................... 5
1.3.5 Kebijakan Pemerintah ................................................. 6
1.3.6 Utilitas ........................................................................ 6
1.4. Tinjauan Pustaka .................................................................... 6
1.4.1 Proses Pembuatan Amonium Nitrat ............................ 6
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv-2
1.4.2 Alasan Pemilihan Proses ............................................. 10
1.4.3 Kegunaan Produk ....................................................... 11
1.4.4 Sifat Fisik dan Kimia .................................................. 12
1.4.4.1. Bahan Baku .................................................. 12
1.4.4.2. Produk .......................................................... 15
1.4.5 Tinjauan Proses secara Umum ..................................... 16
BAB II DESKRIPSI PROSES ............................................................... 18
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ....................................... 18
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku .............................................. 18
2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu ....................................... 19
2.1.3. Spesifikasi Produk ...................................................... 19
2.2. Konsep Proses ....................................................................... 20
2.2.1 Dasar Reaksi .............................................................. 20
2.2.2 Mekanisme Reaksi ..................................................... 20
2.2.3 Kondisi Operasi .......................................................... 21
2.2.4 Reaksi ....................................................................... 21
2.2.5 Tinjauan Termodinamika dan Kinetika ....................... 22
2.2.5.1 Tinjauan Termodinamika .............................. 22
2.2.5.2 Tinjauan Kinetika ........................................ 23
2.3. Langkah Proses ...................................................................... 26
2.3.1 Diagram Alir Proses ................................................... 26
2.3.2 Tahapan Proses .......................................................... 30
2.3.2.1 Tahap Persiapan Bahan Baku ....................... 30
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv-3
2.3.2.2 Tahap Pembentukan Produk ........................ 31
2.3.2.2 Tahap Pembutiran Produk ............................ 31
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas ............................................ 33
2.4.1 Neraca Massa ............................................................. 33
2.4.1.1. Neraca Massa Total ...................................... 33
2.4.1.2. Neraca Massa Alat ........................................ 34
2.4.2 Neraca Panas .............................................................. 36
2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ...................................... 39
2.5.1 Lay Out Pabrik ........................................................... 39
2.6.2 Lay Out Peralatan Proses ............................................ 45
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES .......................................48
3.1. Reaktor ................................................................................. 48
3.2. Evaporator ............................................................................ 49
3.3. Mixing Tank ......................................................................... 50
3.4. Prilling Tower ...................................................................... 51
3.5. Screen................................................................................... 51
3.6. Screw Conveyor ................................................................... 52
3.7. Coating Drum ....................................................................... 52
3.8. Conveyor .............................................................................. 53
3.8.1. Belt Conveyor-01 ........................................................ 53
3.8.2. Belt Conveyor-02 ........................................................ 53
3.9. Bucket Elevator .................................................................... 54
3.9.1 Bucket Elevator-01 ...................................................... 54
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv-4
3.9.2 Bucket Elevator-02 ...................................................... 54
3.10. Silo... .................................................................................... 54
3.10.1. Silo Amonium Nitrat ................................................ 54
3.10.2. Silo Clay .................................................................. 55
3.11. Tangki ................................................................................. 56
3.11.1. Tangki Asam Nitrat .................................................. 56
3.11.2. Tangki Amonia ........................................................ 57
3.12. Heat Exchanger .................................................................... 58
3.12.1 Heat Exchanger-01 ................................................... 58
3.12.2 Heat Exchanger-02 ................................................... 59
3.13. Pompa ................................................................................. 60
3.13.1. Pompa-01 ................................................................. 60
3.13.2. Pompa-02 ................................................................. 60
3.13.3. Pompa-03 ................................................................. 61
3.14. Blower .................................................................................. 62
3.15. Expansion Valve ................................................................... 62
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM..............64
4.1. Unit Pendukung Proses .......................................................... 64
4.1.1 Unit Pengadaan Air ...................................................... 65
4.1.2 Unit Pengadaan Udara Tekan ........................................ 72
4.1.3 Unit Pengadaan Listrik .................................................. 72
4.1.4 Unit Pengadaan Bahan Bakar ........................................ 76
4.2. Laboratorium ......................................................................... 77
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv-5
4.2.1 Laboratorium Fisik ..................................................... 79
4.2.2 Laboratorium Analitik ................................................ 79
4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan .............. 80
4.3. Unit Pengolahan Limbah........................................................ 81
4.4. Keselamatan dan Kesehatan Kerja ......................................... 82
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN..................................................83
5.1 Bentuk Perusahaan ................................................................. 83
5.2 Struktur Organisasi ................................................................ 85
5.3 Tugas dan Wewenang ............................................................ 89
5.3.1 Pemegang Saham ....................................................... 89
5.3.2 Dewan Komisaris ....................................................... 89
5.3.3 Dewan Direksi............................................................ 90
5.3.4 Staf Ahli ..................................................................... 91
5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ..................... 92
5.3.6 Kepala Bagian ............................................................ 92
5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ............................................ 96
5.4.1 Karyawan Non Shift / harian ...................................... 96
5.4.2 Karyawan Shift .......................................................... 97
5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ......................................... 98
5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ............... 99
5.7 Kesejahteraan Sosial Tenaga Kerja ........................................ 103
5.8 Manajemen Perusahaan .......................................................... 104
5.8.1 Perencanaan Produksi ................................................ 105
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv-6
5.8.2 Pengendalian Produksi .............................................. 106
BAB VI ANALISA EKONOMI....................................................................107
6.1 Penaksiran Harga Peralatan .................................................... 111
6.2 Dasar Perhitungan .................................................................. 113
6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI).............................. 114
6.3.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ...................... 115
6.3.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) ................. 115
6.4 Penentuan Manufacturing Cost (TMC) ................................... 116
6.4.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) ............................. 116
6.4.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) ............................ 116
6.4.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) .............................. 116
6.5 General Expense (GE) ........................................................... 117
6.6 Keuntungan Produksi ............................................................. 117
6.7 Analisa Kelayakan ................................................................. 118
Daftar Pustaka ................................................................................................. viii
Lampiran
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
INTISARI
Danik Widi Astuti dan Yunie Widhyastuti, 2012, Prarancangan Pabrik
Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/Tahun,
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret,
Surakarta
Amonium nitrat di Indonesia banyak digunakan sebagai bahan peledak
oleh perusahaan pertambangan. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri
dirancang pabrik ammonium nitrat dengan kapasitas 60.000 ton/tahun dengan
bahan baku ammonia 12.382 ton/tahun dan asam nitrat 53.095 ton/tahun. Lokasi
pabrik direncanakan didirikan di daerah Cikampek, Jawa Barat. Bahan baku asam
nitrat diperoleh dari PT. Multi Nitrotama Kimia, Cikampek dan gas amonia
diperoleh dari PT. Pupuk Kujang, Cikampek.
Reaksi berlangsung dalam reaktor bubbling. Reaktor dijaga pada kondisi
suhu 145 ⁰
C dan tekanan 3,9 atm, yang bersifat eksotermis. Produk amonium
nitrat yang terbentuk dipekatkan dalam evaporator kemudian dibentuk prill di
dalam prilling tower.
Alat – alat utama yang digunakan meliputi tangki penyimpanan bahan
baku, reaktor, evaporator, prilling tower, mixing tank, screening dan coating drum
sedangkan alat pendukungnya adalah pompa, heat exchanger, silo, belt conveyor
dan bucket elevator.
Untuk menunjang proses produksi, maka didirikan unit pendukung proses
yaitu unit pengadaan dan pengolahan air dengan kebutuhan 31174,61 m3/tahun,
pengadaan listrik sebesar 227,02 kW, pengadaan bahan bakar sebesar 266,51
m3/tahun, unit pengolahan limbah dan laboratorium.
Pabrik amonium nitrat ini drencanakan didirikan dengan luas tanah 20.680
m2
dan berbentuk perseroan terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff
yang dipimpin oleh direktur utama. Jumlah tenaga kerja yang dibutuhkan 184
orang dengan tingkat pendidikan mulai dari sekolah menengah hingga sarjana.
Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian menurut jam kerja yang terdiri
dari karyawan shift dan non shift.
Pabrik direncanakan beroperasi selama 330 hari kerja per tahun dan
berdasarkan hasil analisa ekonomi diperoleh Retun of Investment (ROI) sebelum
pajak sebesar 25,76% dan setelah pajak sebesar 19,32%, Pay out Time (POT)
sebelum pajak 2,96 tahun dan setelah pajak 3,66 tahun. Sedangkan harga Break
Even Point (BEP) sebesar 44,20% dan Shut Down Point (SDP) sebesar 22,54%.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Pembangunan industri kimia di Indonesia sudah cukup pesat terbukti dengan
mulai banyaknya industri kimia yang berdiri serta dibukanya kesempatan untuk
penanaman modal asing, baik untuk industri hulu maupun industri hilir. Salah satu
industri hilir yang dapat didirikan di Indonesia adalah pabrik amonium nitrat,
yaitu pabrik yang menghasilkan produk berupa bahan baku untuk bahan peledak
dan campuran pupuk. Pabrik ini cukup diperlukan di Indonesia sebagai negara
yang sebagian devisanya diperoleh dari pertambangan.
Amonium nitrat dengan rumus kimia NH4NO3 merupakan padatan berwarna
putih. Sebagian besar produk amonium nitrat digunakan sebagai bahan peledak
dan sebagian kecil digunakan sebagai campuran pupuk dan pembius.
Di Indonesia kebutuhan amonium nitrat dari tahun ke tahun mengalami
peningkatan, seperti terlihat pada Tabel 1.1 di bawah.
Tabel 1.1 Data Impor Amonium Nitrat (Sumber : www.bps.go.id tahun 2011)
Tahun Jumlah (ton)
2005 244.058,020
2006 295.279,484
2007 270.459,780
2008 340.608,221
2009 362.967,630
2010 416.138,220
2011 440.549,089
1
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
2
Didirikannya pabrik amonium nitrat di Indonesia berarti :
1. Mengurangi jumlah impor yang berarti menghemat devisa negara.
2. Sebagai pemasok bahan baku bagi industri bahan peledak di Indonesia.
3. Menambah pelanggan bagi industri amonia dan asam nitrat.
4. Membuka lapangan kerja baru.
1.2 Kapasitas Perancangan
1.2.1 Proyeksi Kebutuhan Amonium Nitrat di Indonesia
Dilihat dari Tabel 1.1 kebutuhan terhadap amonium nitrat terus meningkat
dari tahun ke tahun. Beberapa pabrik amonium nitrat yang telah ada disajikan
dalam Tabel 1.2 sebagai berikut :
Tabel 1.2 Pabrik Amonium Nitrat yang telah Ada (Sumber : 1. www.list-of-
companies.org; 2. www.mnk.co.id; 3. www.tempo.co; tahun 2011)
No. Nama Pabrik Lokasi Kapasitas
1. Qingdao Chemstar Industrial Co., Ltd.1 China 800.000 ton/tahun
2. Jintan Li Sheng Commerce Co., Ltd.1 China 60.000 ton/tahun
3. PT Multi Nitrotama Kimia2 Indonesia 137.000 ton/tahun
4. PT Kaltim Nitrate Indonesia3 Indonesia 300.000 ton/tahun
Pabrik direncanakan dibangun pada tahun 2016 dan beroperasi pada tahun
2017. Dari data impor di atas, kemudian dilakukan regresi polinomial, untuk
mendapatkan nilai kenaikan impor amonium nitrat di Indonesia. Data impor dan
regresi polinomial untuk data impor ditunjukkan dalam Gambar 1.1
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
3
Gambar 1.1 Data Impor Amonium Nitrat di Indonesia Tahun 2005 – 2011
Dari regresi polinomial terhadap data impor amonium nitrat didapatkan
persamaan empiris seperti terlihat pada persamaan (1-1) :
y = 1.908,58x2 - 7.631.854,23x + 7.629.591.402,43 (1-1)
Berdasarkan persamaan dapat diperoleh bahwa kebutuhan impor amonium
nitrat di Indonesia pada tahun 2017 diperkirakan mencapai 796.440,14 ton/tahun.
Sedangkan di Indonesia pabrik yang menyediakan asam nitrat hanya PT Multi
Nitrotama Kimia yang menghasilkan asam nitrat sebesar 55.000 ton/tahun. Dari
pertimbangan di atas maka pemilihan kapasitas produksi yang diambil adalah
kapasitas 60.000 ton/tahun. Dengan kapasitas sebesar itu, pabri telah layak
didirikan dan memberikan keuntungan terbukti dari kapasitas skala komersial
pabrik yang telah berdiri, yaitu Jintan Li Sheng Commerce Co., Ltd. dengan
kapasitas yang sama yaitu 60.000 ton/tahun.
1.2.2 Bahan Baku yang Diperlukan
Pada prarancangan pabrik amonium nitrat dengan kapasitas 60.000
ton/tahun, dibutuhkan asam nitrat sebesar 53.095 ton/tahun dan gas ammonia
y = 1,908.58x2 - 7,631,854.23x + 7,629,591,402.43
R² = 0.95
0
100,000
200,000
300,000
400,000
500,000
600,000
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Ju
mla
h (
Ton
)
Tahun
Grafik Impor Amonium Nitrat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
4
sebesar 12.382 ton/tahun. Bahan baku asam nitrat akan diperoleh dari PT Multi
Nitrotama Kimia Cikampek yang menghasilkan asam nitrat dengan kapasitas
55.000 ton per tahun. Sedangkan gas amonia diperoleh dari PT Pupuk Kujang
yang menghasilkan 330.000 ton per tahun.
1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik
Pabrik Amonium Nitrat ini direncanakan didirikan di Kawasan Industri
Cikampek. Lokasi suatu pabrik dapat mempengaruhi kedudukan pabrik dalam
persaingan maupun penentuan kelangsungan hidupnya. Penentuan lokasi pabrik
yang tepat, ekonomis dan menguntungkan tentunya dipengaruhi oleh banyak
faktor.
Gambar 1.2 Lokasi Pabrik Amonium Nitrat di Kawasan Industri Cikampek
Lokasi Pabrik Amonium Nitrat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
5
1.3.1 Bahan Baku
Pabrik sangat tergantung dengan keberadaan bahan bakunya. Bahan baku
untuk pabrik amonium nitrat adalah amoniak yang diperoleh dari PT Pupuk
Kujang Cikampek, sedangkan asam nitrat diperoleh dari PT Multi Nitrotama
Kimia Cikampek.
1.3.2 Transportasi dan Telekomunikasi
Sebagai kawasan industri, Cikampek merupakan wilayah yang sarana
transportasi dan telekomunikasinya cukup memadai. Cikampek dekat dengan
pelabuhan, jalan raya dan jalan tol yang memadai sehingga memudahkan
pengangkutan bahan baku dan produk.
1.3.3 Tenaga kerja
Pada dasarnya di setiap lokasi memiliki potensi yang hampir sama, karena
dimanapun ada lapangan pekerjaan akan selalu ada tenaga kerja yang mengisi.
Untuk tenaga kerja lokal cukup mengambil dari dalam Pulau Jawa.
1.3.4 Karakterisasi lokasi
Karakterisasi lokasi menyangkut iklim dan musim di daerah tersebut,
kemungkinan gempa, dan perubahan iklim. Cikampek sebagai kawasan industri
memiliki kelayakan yang baik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
6
1.3.5 Kebijakan Pemerintah
Pendirian pabrik juga perlu memperhatikan faktor yang terkait di dalamnya,
kebijaksanaan pengembangan industri yang berhubungan dengan pemerataan
tenaga kerja, kesejahteraan dan hasil pembangunan, maka Cikampek baik dipilih
sebagai lokasi pendirian pabrik ini.
1.3.6 Utilitas
Utilitas yang diperlukan adalah keperluan tenaga listrik, air, dan bahan
bakar. Kebutuhan tenaga listrik akan diperoleh dari PLN setempat dan generator
pembangkit listrik sebagai cadangan. Kebutuhan air akan diperoleh dari
bendungan Curug, daerah Parungkadali yang berjarak sekitar 10 km dari lokasi
pabrik.
1.4 Tinjauan Pustaka
1.4.1 Pemilihan Proses Pembuatan Amonium Nitrat
Amonium nitrat biasanya dihasilkan dari reaksi asam nitrat dengan gas
amonia. Reaksi pembentukan amonium nitrat yaitu:
HNO3 (aq) + NH3 (g) → NH4NO3 (aq)
Reaktor yang menghasilkan amonium nitrat sering disebut juga sebagai netraliser
karena reaksi pembentukan amonium nitrat merupakan salah satu reaksi
netralisasi (penetralan asam dengan basa atau sebaliknya). Proses pembuatan
amonium nitrat biasanya dibedakan berdasarkan kondisi dari reaktor dan
evaporator yang digunakan. Proses pembuatan amonium nitrat ada tiga yaitu :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
7
1) Proses UCB (Union Chimique-Chemische Bedrijven) (Sumber: Patents
No.CA752294)
Pada proses ini terdapat heat exchanger pada reaktor bertekanan yang
menggunakan sebagian panas reaksi untuk menghasilkan steam dari air yang
masuk ke heat exchanger. Gas amonia dan 63-70% asam nitrat dipanaskan
dan diumpankan ke dalam reaktor dari bagian bawah secara cocurre. Tekanan
reaktor sekitar 1-4 kg/cm2
(0,98-3,92 bar), suhunya 145-160 C. Heat
exchanger mendinginkan campuran reaksi dan larutan amonium nitrat yang
keluar dari reaktor dipekatkan hingga 95% dengan penguapan di evaporator.
Panas reaksi akan dimanfaatkan untuk menghasilkan :
- Steam hasil penguapan air dari larutan asam nitrat. Steam ini bisa
digunakan untuk proses pemanasan awal umpan boiler dan asam nitrat,
atau digunakan pada evaporator.
- Steam murni dari air pendingin pada heat exchanger. Steam yang tidak
terkontaminasi asam nitrat, amonia maupun amonium nitrat ini bisa
digunakan untuk keperluan lain didalam pabrik.
2) Proses Stamicarbon
Netraliser merupakan rangkaian reaktor yang terhubung ke separator.
Larutan hasil reaksi disirkulasikan tanpa pompa dengan panas yang
dihasilkan. Asam nitrat (60% berat), amonia yang sudah dipanaskan, dan
sedikit asam sulfat dimasukkan di bagian bawah reaktor. Reaktor beroperasi
pada tekanan 4 bar dan suhu 178 ⁰C. Larutan amonium nitrat dibentuk dalam
reaktor sehingga konsentrasinya 78%. Steam yang keluar dari bagian atas
separator dilewatkan melalui pemisah kabut dan sebagian besar digunakan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
8
untuk memekatkan larutan amonium nitrat hingga 95% berat menggunakan
vacuum evaporator. Sisa steam dikondensasikan dan amonia diperoleh
kembali dari kondensat dan dikembalikan ke reaktor. Pada evaporator kedua,
konsentrasi dapat dinaikkan menjadi 98–99% menggunakan steam tambahan.
Suhu untuk larutan amonium nitrat dijaga 180 °C, baik saat netralisasi
maupun evaporasi (Ulmann’s, 1987).
3) Proses Norsk Hydro Pressure
Tekanan reaktor antara 4,5 bar, suhu 170–180 C, kondisi tersebut
menghasilkan konsentrasi amonium nitrat sebesar 70–80%. Forced
circulation dan thermal siphon mempengaruhi sirkulasi larutan dalam
reaktor. Sebagian panas reaksi digunakan untuk menghasilkan steam murni
dalam external boiler, sebagian air yang teruapkan dalam reaktor,
menghasilkan steam, yang digunakan untuk memekatkan larutan amonium
nitrat hingga 95%. Pemekatan konsentrasi larutan amonium nitrat menjadi
99,5% dilakukan dengan steam pada vacuum evaporator (Ulmann’s, 1987).
Pada dasarnya semua proses yang telah ada untuk pembentukan amonium
nitrat kering terdiri dari empat tahap dasar, yaitu
1) Netralisasi asam nitrat dengan ammonia anhydrous (amonia tanpa air) untuk
menghasilkan larutan amonium nitrat cair.
2) Pemekatan larutan amonium nitrat.
3) Pembentukan amonium nitrat padat.
4) Pelapisan padatan amonium nitrat.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
9
Dari uraian proses di atas, maka dapat diperoleh perbedaan-perbedaan
sebagai berikut :
Tabel 1.3 Uraian Beberapa Proses Pembuatan Amonium Nitrat
Uraian
Proses UCB (Union
Chimique-Chemische
Bedrijven)
Proses
Stamicarbon
Proses Norsk
Hydro Pressure
Tekanan 0,98-3,92 bar 4 bar 4,5 bar
Suhu 145-160 C 178 C 170-180 C
Konsentrasi
HNO3 yang
digunakan
52-63 % 60% 60%
Konsentrasi
NH4NO3 yang
dihasilkan
68-80 % 78% 70-80%
Penggunaan
panas reaksi
yang
dihasilkan
Pembentukan steam
dengan heat exchanger
di dalam reaktor
Pembentukan
steam secara
langsung dengan
menguapkan air
di dalam reaktor
Pembentukan
steam di external
boiler dan
menguapkan air di
dalam reaktor
Steam yang
dihasilkan dari
reaktor
Tidak tercampur
amonia dan asam nitrat
Tercampur
amonia dan asam
nitrat
Tercampur amonia
dan asam nitrat
Pemekatan
larutan
NH4NO3 yang
dihasilkan
reaktor
Dengan evaporator Dengan vacuum
evaporator
Dengan vacuum
evaporator
Dari perbandingan proses – proses di atas, kami memilih proses UCB
(Union Chimique-Chemische Bedrijven).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
10
1.4.2 Alasan Pemilihan Proses
Proses UCB mempunyai kelebihan sebagai berikut :
1) Proses dan peralatannya lebih sederhana. Pada proses Stamicarbon
diperlukan kondenser untuk mengembunkan uap keluaran reaktor dan
juga ammonia scrubber untuk memisahakan amonia dari uap keluaran
reaktor. Dan pada proses Norsk Hydro Pressure diperlukan pemisah
antara uap dan cairan keluaran reaktor. Sedangkan pada proses UCB
tidak terjadi penguapan didalam reaktor sehingga keluaran reaktor
langsung terpisah antara ammonia sisa dan produk keluaran reaktornya.
2) Panas reaksi yang dihasilkan dapat digunakan secara maksimal, yaitu
dapat menghasilkan process steam (steam yang tercampur cairan reaksi)
dari penguapan larutan asam nitrat, serta menghasilkan steam murni
(steam yang tidak tercampur cairan lain) yang diperoleh dari heat
exchanger di dalam reaktor.
3) Suhu dan tekanan operasi reaktor yang digunakan lebih rendah sehingga
resiko terjadinya dekomposisi asam nitrat maupun amonium nitrat lebih
rendah.
Pada proses UCB ini reaktor terdiri dari central chamber dan secondary
chamber. Amonia anhidrous dan asam nitrat dengan konsentrasi 63% berat
dimasukkan ke reaktor lewat bagian bawah central chamber. Reaktan bereaksi
membentuk amonium nitrat dan melepaskan panas selama naik dalam central
chamber. Karena kolom hidrostatik dan karena penukaran panas yang terjadi
dengan cepat di dalam reaktor, absorpsi asam nitrat dan amonia dalam larutan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
11
amonium nitrat terjadi sempurna dan tanpa terjadi pendidihan di bagian atas
central chamber. Larutan amonium nitrat turun melewati pipa pendingin yang
berada di secondary chamber mengalami pendinginan dengan penghilangan panas
reaksi secara keseluruhan sehingga menguapkan air di dalam heat exchanger
reaktor. Larutan amonium nitrat yang telah dingin dialirkan keluar reaktor melalui
bawah heat exchanger reaktor.
Larutan amonium nitrat yang meninggalkan reaktor mengalir ke
evaporator. Di dalam evaporator diperoleh larutan amonium nitrat dengan
konsentrasi minimal 95% berat dan uap air yang terkontaminasi bisa digunakan
untuk pemanasan awal reaktan sebelum masuk reaktor atau dikondensasikan dan
digunakan airnya. (Sumber: Patent No.CA752294)
1.4.3 Kegunaan Produk
Kegunaan dari amonuim nitrat adalah sebagai berikut (Patnaik, 2003) :
Bahan baku pembuatan bahan peledak yang digunakan baik untuk
pertambangan maupun militer. Amonium nitrat itu sendiri atau dicampur
dengan minyak bakar (Amonium Nitrat Fuel Oil/ANFO), atau dicampur
dengan serbuk alumunium atau bahan mengandung karbon.
Bahan baku pembuatan pupuk baik yang langsung digunakan atau yang
dicampur dengan bahan lain seperti kalsium fosfat atau kalsium karbonat
(kandungan nitrogen sekitar 35%). Keuntungan dari bahan ini adalah
menyediakan baik nitrat maupun amonia tanpa mengubah pH.
Bahan baku untuk pembius / farmasi (gas Nitrous Oksida, N2O).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
12
Komponen dari campuran pendingin karena dissolution bersifat
endotermis.
1.4.4 Sifat Fisika dan Kimia
1.4.4.1 Bahan Baku
a. Amonia
Sifat Fisis (Perry, 1997) :
Berat molekul : 17,03 gram/mol
Warna/kenampakan : tidak berwarna
Titik cair : -77,7 C
Titik didih : -33,4 C
Spesific gravity : 0,817 (-79 C)
: 0,5971 (fase gas)
Kelarutan dalam 100 bagian volume
Cold water (0 oC) : 89,9
Hot water (96 oC) : 7,4
Sifat Kimia (Patnaik, 2003) :
Terdekomposisi pada 450 C
2NH3 → 3H2 + N2
Amonia bereaksi dengan logam alkali membentuk amida dan
hidrogen.
2NH3 + 2Na → 2NaNH2 + H2
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
13
Bereaksi dengan magnesium membentuk magnesium nitrida
membebaskan H2.
2 NH3 + 3Mg → Mg3N2 + 3H2
Chloramine terbentuk saat klorin dilewatkan amonia cair, bereaksi
lebih lanjut dengan amonia membentuk hidrazin.
NH2Cl + NH3 → N2H4 + HCl
Bereaksi dengan klorin atau bromin membentuk amonium klorida atau
amonium bromida.
8NH3 + 3Cl2 → N2 + 6NH4Cl
Bereaksi dengan sulfur menghasilkan nitrogen sulfida dan hydrogen
sulfida.
4NH3(l)+ 10S → N4S4 + 6H2S
Gas amonia dan uap sulfur bereaksi membentuk amonium sulfida dan
nitrogen.
8NH3 + 3S → 3(NH4)2S + N2
Dipanaskan dengan oksigen membentuk nitrogen dan air.
4NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O
b. Asam Nitrat
Sifat Fisis (Perry, 1997) :
Berat molekul : 63,02 gram/mol
Titik cair : -42 C
Titik didih : 86 C
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
14
Spesific gravity : 1,502
Sangat larut dalam air.
Sifat Kimia :
Menurut Kirk Othmer, 1991, sifat kimia asam nitrat adalah :
Teroksidasi dengan reaksi :
4 HNO3 + 2 e- → 2 NO3
- + 2 H2O + 2 NO2
8 HNO3 + 6 e- → 6 NO3
- + 4 H2O + 2 NO
Mengoksidasi sikloheksanol dan sikloheksanon menghasilkan asam
adipat.
3C6H11OH + 3C6H10O + 14HNO3 → 6HOOC(CH2)4COOH + 14NO +
10H2O
Menurut Patnaik, 2003, sifat kimia asam nitrat adalah :
Bereaksi dengan zink dan magnesium menghasilkan logam nitrat,
nitrogen oksida dan hidrogen.
4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O
4 Mg + 10HNO3 → 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O
Bereaksi dengan sulfur menghasilkan asam sulfat.
2HNO3 + S → H2SO4 + 2NO
Terdekomposisi saat dipanaskan diatas titik didihnya atau terkena
cahaya.
4HNO3 → 4NO2 + 2H2O + O2
Reaksi nitrasi menghasilkan nitrobenzene, nitrotoluen, nitrogliserin,
nitroselulosa, trinitrotoluene, nitrofenol dan nitroparafin.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
15
HNO3 + C6H6 → C6H5NO2 + H2O
HNO3 + C3H8 → C3H7NO2 + H2O
1.4.4.2 Produk
Amonium Nitrat
Sifat Fisik (Patnaik, 2003) :
Berat molekul : 80,05 gram/mol
Spesific gravity : 1,725 ( 20 C )
Titik leleh : 169,6 C
Sangat larut dalam air. Kelarutan dalam 100 gram air :
0 C : 118 g
20 C : 150 g
30 C : 297 g
Sifat Kimia (Patnaik, 2003) :
Amonium nitrat adalah bahan pengoksidasi pada fase cair.
Direduksi oleh beberapa logam pada temperatur lingkungan, misal
tembaga (spongy copper) akan mereduksi amonium nitrat menjadi
amonium nitrit.
Cu + NH4NO3 → NH4NO2 + CuO
Reaksi dekomposisi termal, terjadi pada suhu 200 – 260 ⁰C.
NH4NO3 (l) → N2O (g) + 2 H2O (g)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
16
Pada suhu lebih dari 260 ⁰C atau saat padatan terguncang hebat,
dekomposisi dengan reaksi :
NH4NO3 → N2 + 2 H2O + ½ O2
1.4.5 Tinjauan Proses Secara Umum
Pembuatan amonium nitrat, merupakan proses netralisasi yang merupakan
reaksi antara asam nitrat dan amonia, membentuk amonium nitrat sebagai
garamnya.
Reaksi netralisasi ini berlangsung pada reaktor gelembung (bubble reactor),
dimana reaksi terjadi karena adanya transfer massa antara asam nitrat dengan
amonia membentuk amonium nitrat. Reaksi netralisasi ini bersifat sangat
eksotermis yang menghasilkan panas dalam jumlah besar. Panas reaksi digunakan
untuk pemanasan awal bahan baku. Pemanasan awal dimaksudkan untuk
mempercepat terjadinya reaksi, membuat larutan asam nitrat menjadi cair jenuh
dan memperoleh produk berupa lelehan. Adapun tujuan produk berupa lelehan
dari reaktor untuk mengurangi resiko peledakan. Lelehan kemudian ditransfer ke
atas prilling tower untuk dibentuk menjadi prill (padatan berbentuk bulat).
Produk keluar kemudian diayak dan selanjutnya dilakukan pelapisan untuk
mencegah penggumpalan produk. Setelah produk mengalami proses pelapisan
kemudian dibawa menuju unit pengepakan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab I Pendahuluan
17
Gambar 1.3. Blok Diagram Pembuatan Amonium Nitrat dengan Proses UCB
Reaktor
Evaporator
Prilling
Tower
Mixing
Tank
ScreenCoating
drum
NH4NO3
HNO3
H2O
Clay
HNO3
H2ONH3
H2O
HNO3
H2O
NH4NO3
H2O
NH4NO3
H2O
NH4NO3
H2O
NH4NO3
H2O
NH4NO3
H2O
NH4NO3
H2O
Clay
Udara
H2O
Udara
H2O
NH3
H2O
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
18
BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku
a. Amonia (sumber : PT Pupuk Kujang Cikampek)
Wujud : cair jenuh (30 C; 12 atm)
Kenampakkan / warna : tidak berwarna
Bau : tajam khas Amonia
Massa jenis : 0,596 gr/cm3
Kemurnian, minimum : 99,5% berat
Impuritas; maksimum : kadar air 0,5 % berat
b. Asam Nitrat (sumber : PT Multi Nitrotama Kimia Cikampek)
Wujud : cair
Kenampakkan / warna : tidak berwarna
Massa jenis : 1,1106 gr/ cm3
Kemurnian, minimum : HNO3 60 % berat
Impuritas; maksimum : kadar air 40 % berat
18
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
19
2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu
Clay (sumber : Modern Chemical Processes)
Wujud : padatan
Kenampakan / warna : serbuk / putih
Massa jenis : 42,3 lb/ft3
Komposisi :
- SiO2 = 91%
- Al2O3 = 4,6%
- Fe2O3 = 1,9%
- CaO = 1,4%
- MgO = 0,4%
- Undetermined = 0,7%
Ukuran : 2 – 40 mikron
2.1.3 Spesifikasi Produk
Amonium Nitrat (sumber : www.pindad.com)
Wujud : padatan
Kenampakan / warna : prill / putih
Ukuran partikel prill : 0,5 – 2,5 mm
Massa jenis prill : 0,84 gram/cm3
Kemurnian, minimum : NH4NO3 99% berat
H2O dan clay 1% berat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
20
2.2 Konsep Proses
2.2.1 Dasar Reaksi
Pembentukan amonium nitrat merupakan reaksi heterogen fasa gas cair
tanpa katalis didasarkan pada konsep reaksi netralisasi yaitu asam dan basa, dalam
hal ini yang terjadi adalah reaksi antara asam kuat dan basa lemah.
Reaksi untuk proses netralisasi ini adalah sebagai berikut :
HNO3 (l) + NH3 (g) → NH4NO3 (s)
2.2.2 Mekanisme Reaksi
Mekanisme reaksi yang terjadi adalah (Levenspiel, 1984) :
a. HNO3 dalam keadaan larutan akan berbentuk ion-ionnya.
HNO3 H+ + NO3
-
b. Ion positif akan menyerang elektron bebas yang dipunyai oleh amonia,
membentuk ion amonium.
NH3 + H+ NH4
+
c. Ion amonium yang reaktif dan bermuatan positif akan bergabung dengan
ion nitrat yang bermuatan negatif, membentuk amonium nitrat.
NH4+
+ NO3-
NH4NO3
Reaksi di atas merupakan reaksi netralisasi yang umumnya berlangsung
sangat cepat, sehingga reaksi antara gas amonia dan cairan asam nitrat kecepatan
reaksinya ditentukan oleh kecepatan difusi gas amonia melalui lapisan gas ke
“interface”, batas antara lapisan gas dan larutan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
21
2.2.3 Kondisi Operasi
Reaksi netralisasi terjadi pada reaktor bertekanan 3,9 atm dan dijaga pada
suhu 145 ºC. Umpan cairan masuk pada suhu 100 ºC dn umpan gas masuk pada
suhu 64,4 ºC. Umpan gas masuk reaktor dibuat berlebih 10% dan sisanya
dialirkan kembali ke reaktor.
2.2.4 Reaksi
Reaksi pembuatan amonium nitrat adalah reaksi eksotermis. Hal ini dapat
dibuktikan dari perhitungan berikut :
Data (Perry,1997) :
H298 NH4NO3 (c) = -87,40 kkal/mol = -20809,52 J/mol
H298 HNO3 (l) = -41,35 kkal/mol = -9845,24 J/mol
H298 NH3 (g) = -10,96 kkal/mol = -2609,52 J/mol
HR = H298 produk - H298 reaktan ………………………………..(2.1)
= H298 NH4NO3 – (H298 HNO3 + H298 NH3)
= -20809,52 J/mol – (-9845,24 J/mol + (-2609,52 J/mol))
= -8354,76 J/mol
Dari perhitungan diatas terbukti bahwa reaksi pembentukan amonium
nitrat mempunyai harga H negatif yang berarti reaksi ini adalah eksotermis
(menghasilkan panas).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
22
2.2.5 Tinjauan Termodinamika dan Kinetika
2.2.5.1 Tinjauan Termodinamika
Reaksi pembentukan amonium nitrat berlangsung searah (irreversible).
Keadaan demikian dapat ditinjau dari harga kesetimbangan.
Data (Yaws, 1999) :
G298 NH3 = -16,40 kJ/mol = -16400 J/mol
G298 HNO3 = -74,70 kJ/mol = -74700 J/mol
G298 NH4NO3 = -183,84 kJ/mol = -183840 J/mol
G 298 = G NH4NO3 – (G HNO3 + G NH3) …………………...(2.2)
= -183840 J/mol – (-74700 J/mol + (-16400 J/mol))
= -92740 J/mol
Dari perhitungan diatas terbukti bahwa reaksi pembentukan amonium
nitrat mempunyai harga G negatif yang berarti reaksi dapat berlangsung.
G 298 = - RT ln K …………………………………………....(2.3)
-92740 J/mol = -8,314 J/mol.K x 298 K x ln K
ln K298 = 37,4318
K298 = 1,8048 x 1016
Reaksi :
HNO3 (l) + NH3 (g) NH4NO3 (s) H = = -8354,76 J/mol
Suhu operasi = 145 C = 418 K
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
23
010
1 11ln
TTx
R
H
K
K
…………………………………………….(2.4)
298
1
418
1
314,8
8354,76ln
0
1 xK
K
968,0ln0
1 K
K
3798,00
1 K
K
3798,010 x 1,8048 16
1 K
K1 = 6,85 x 1015
Karena konstanta kesetimbangan reaksi bernilai sangat besar, maka reaksi
berjalan searah (ireversible) ke arah kanan.
2.2.5.2 Tinjauan Kinetika
HNO3(l)+NH3(g)
T=145 ; P=3,9 atm NH4NO3(s)
Reaksi di atas merupakan reaksi netralisasi yang umumnya berlangsung
sangat cepat. Hal ini dapat diketahui dari harga parameter film conversion (pers.
25, hal. 418, Levenspiel).
𝑀𝐻2 =
filmlapisandalamdifusiarasecmassanperpindaha
filmlapisandalammaksimumkonversi
𝑀𝐻2 =
ALK
LAB D . C .k ……………………………………………….. (2.5)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
24
dengan :
MH : Parameter film conversion
k : Koefisien kecepatan reaksi (m3/kmol.s)
CB : Konsentrasi zat B (kmol/m3)
DAL : Difusivitas gas A dalam campuran (m2/s)
kAL : Koefisien transfer massa gas A dalam larutan (m/s)
Jika:
MH > 2 : difusi merupakan faktor yang paling berpengaruh
0,02 MH 2 : difusi dan reaksi kimia sama-sama berpengaruh
MH < 0,02 : reaksi kimia merupakan faktor yang paling berpengaruh
Harga konstanta kecepatan reaksi (k) pada reaksi netralisasi asam nitrat dan
amonia adalah sebagai berikut (Uhde GmbH, 1989) :
k = 9,33 x 1012
e-21300/RT
L/mol.s
Dari persamaan tersebut dapat dilihat jika suhu dinaikkan maka harga k juga
naik, begitu sebaliknya jika suhu diturunkan maka harga k akan mengecil. Untuk
suhu 145 C harga k = 68,6 L/mol.s.
MH = 6
9
10.21,1
10.545,91,06411 6,68
= 2,413
Karena MH > 2 maka yang berpengaruh dalam film adalah kecepatan
transfer massa.
Karena reaksinya berlangsung sangat cepat maka dapat diambil kesimpulan
bahwa reaksi antara gas amonia dengan larutan asam nitrat hanya dipengaruhi
oleh kecepatan perpindahan massa.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
25
Contoh desain untuk multiphase flow reactor dengan kondisi fase gas pada
plug flow dan fase cairan pada completely mixed, seperti yang terdapat pada
Froment (1990) bahwa persamaan kontinuitas untuk A (fase gas) adalah:
-F
pt
dpA
dV = NA…………………………………………………….……..(2.6)
-F
pt
dpA
= NAAv 1 − 𝜀 Ω𝑑𝑧……………………………………………(2.7)
-F
pt
pA
in− p
A
out = NAAv 1 − 𝜀 Ω𝑧…………………………..….(2.8)
Dengan :
F = laju alir umpan
Pt = tekanan total
pA = tekanan parsial fase gas
NA = kecepatan absorpsi molar
Av(1-) = interfacial area (ag)
Ω = luas penampang reaktor
z = tinggi reaktor
Sesuai dengan Froment (1990), kecepatan absorpsi molar fase gas ke dalam cairan
untuk reaksi yang tunggal, instan dan searah dapat ditulis dengan persamaan
berikut:
NA = kALCA 1 + a
b
DB
DA
CB
CA
………………………………………….(2.9)
dengan
NA = kecepatan absorpsi molar per interfacial area gas-cairan (kmol/m2.s)
kAL = koefisien transfer massa gas di fase cair (m3/m
2.s)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
26
CA = konsentrasi gas (kmol/m3)
a,b = koefisien reaksi masing-masing untuk cairan dan gas
DB = difusivitas molekular cairan di film cairan (m2/s)
DA = difusivitas molekular gas di film cairan (m2/s)
CB = konsentrasi molar cairan (kmol/m3)
2.3 Langkah Proses
2.3.1 Diagram Alir Proses
Diagram alir proses ada tiga macam, yaitu :
1. Diagram alir kualitatif dapat dilihat pada Gambar 2.1
2. Diagram alir kuantitatif dapat dilihat pada Gambar 2.2
3. Diagram alir proses dapat dilihat pada Gambar 2.3
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
18
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif Proses Pembentukan Amonium Nitrat dengan Proses UCB
Reaktor
Evaporator
Prilling
Tower
Mixing
Tank
ScreenCoating
drum
NH4NO3
HNO3
H2O
Clay
100
4,6
145
3,9
64,4
4,8
113,5
1110,8
1,1
113,5
1
50
1
52,2
1
50
1 30
1
42
1
HNO3
H2O
NH3
H2O
HNO3
H2O
NH4NO3
H2O
NH4NO3
H2O
NH4NO3
H2O
NH4NO3
H2O
NH4NO3
H2O
NH4NO3
H2O
Clay
Udara
H2O
Udara
H2O
90
1
30
1
NH3
H2O145
3,9
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
19
Reaktor
Evaporator
Prilling
Tower
Mixing
Tank
ScreenCoating
drum
NH4NO3 7311,74 kg
H2O 384,83 kg
7696,57 kg
Clay 227,27
NH4NO3 7311,74 kg
HNO3 58,14 kg
H2O 3422,61 kg
10792,49 kg
HNO3 5814,37 kg
H2O 3414,79 kg
9229,16 kg
NH3 1555,51 kg
H2O 7,82 kg
1563,33 kg
HNO3 58,14 kg
H2O 3037,78 kg
3095,92 kg
NH4NO3 7311,74 kg
H2O 36,74 kg
Clay 227,27 kg
7575,76 kg
NH4NO3 7311,74 kg
H2O 36,74 kg
7348,48 kg
NH4NO3 7616,40 kg
H2O 38,27 kg
7654,67 kg
NH4NO3 304,66 kg
H2O 1,53 kg
306,59 kg
NH4NO3 7616,40 kg
H2O 386,36 kg
8002,76 kg
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif Proses Pembentukan Amonium Nitrat dengan Proses UCB
Udara 18906,29 kg
H2O 529,38 kg
19435,67 kg
Udara 18906,29 kg
H2O 877,46 kg
19435,65 kg
NH3 155,55 kg
H2O 0,78 kg
156,33 kg
28
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
30
2.3.2 Tahapan Proses
Proses pembuatan amonium nitrat dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu :
1. Tahap persiapan bahan baku
2. Tahap pembentukan produk
3. Tahap pembutiran produk
2.3.2.1. Tahap Persiapan Bahan Baku
a. Pengumpanan Amonia
Ammonia anhydrous yang berwujud cair jenuh dengan kemurnian
99,5% berat disimpan pada kondisi suhu 30 °C dan tekanan 12 atm di dalam
tangki penyimpanan amonia (T-02). Dari tangki penyimpanan, ammonia
berwujud cair tersebut dialirkan ke expansion valve (V-01) untuk diturunkan
tekanannya dari 12 atm menjadi 4,8 atm. Dengan penurunan tekanan tersebut,
suhu juga turun dari 30 °C menjadi 19 °C dan amonia berubah fase dari cair
jenuh menjadi gas karena penurunan tekanan yang signifikan.
Gas ammonia yang keluar dari expansion valve tersebut diberi panas
pendahuluan dengan dilewatkan pada heat exchanger (HE-02) untuk
menaikkan suhu gas ammonia dari 19 °C hingga suhu 56 °C untuk dicampur
dengan recycle reaktor dan diumpankan ke reaktor (R-01).
b. Pengumpanan Asam Nitrat
Asam nitrat yang berwujud cair dengan kemurnian 63% berat disimpan
dalam tangki penyimpanan (T-01) pada kondisi 30 °C dan tekanan 1 atm. Dari
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
31
tangki penyimpanan, larutan asam nitrat tersebut dipompa hingga tekanannya
naik menjadi 4,6 atm, kemudian dilewatkan menuju ke heat exchanger (HE-
01) untuk menaikkan suhunya dari 30 °C menjadi 100 °C, kemudian
diumpankan ke reaktor (R-01).
2.3.2.2. Tahap Pembentukan Produk
Tahap pembentukan produk ini bertujuan untuk mereaksikan amonia dan
asam nitrat membentuk produk amonium nitrat. Amonia dari heat exchanger (HE-
02) diumpankan ke bagian bawah reaktor. Sedangkan larutan asam nitrat dari heat
exchanger (HE-01) dimasukkan ke dalam reaktor melalui pipa berlubang.
Reaktan tersebut direaksikan pada reaktor (R-01) tipe bubbling reactor
yang dilengkapi dengan pipa-pipa pendingin yang akan mengubah air pendingin
menjadi steam. Larutan amonium nitrat yang keluar dari reaktor pada suhu 145 °C
masuk ke evaporator (EV-01) untuk memisahkan uap air yang terkandung dalam
lelehan amonium nitrat, sehingga kandungan airnya menjadi 0,5%. Uap panas
yang keluar dari evaporator ini digunakan untuk memanaskan reaktan asam nitrat
sebelum masuk reaktor.
2.3.2.3. Tahap Pembutiran Produk
Tahap pembutiran produk ini bertujuan untuk membentuk butiran prill
amonium nitrat dengan bantuan udara yang dihembuskan dari bawah prilling
tower (PT-01).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
32
Lelehan amonium nitrat yang keluar dari evaporator (EV-01) diumpankan
menuju ke mixing tank (M-01) untuk dicampur dengan amonium nitrat hasil
recycle dari screen (S-01). Kemudian hasil keluaran mixing tank diumpankan ke
bagian atas prilling tower (PT-01) untuk dibentuk prill amonium nitrat. Di dalam
prilling tower ini, umpan lelehan amonium nitrat didistribusikan secara merata
oleh spary nozzle hingga terbentuk droplet yang kemudian jatuh ke bawah.
Droplet ini akan membeku menjadi prill dengan bantuan udara yang dihembuskan
dari bagian bawah prilling tower dengan menggunakan blower. Prill amonium
nitrat yang terbentuk diumpankan menuju ke screen (S-01) untuk memperoleh
ukuran produk amonium nitrat yang diinginkan, sedangkan produk yang tidak
memenuhi spesifikasi direcycle kembali menggunakan belt conveyor (B-02)
menuju ke mixing tank (M-01). Prill amonium nitrat yang memenuhi spesifikasi
dialirkan ke hopper (H-01) dengan menggunakan screw conveyor (SC-01) dan
bucket elevator (BE-02). Kemudian prill amonium nitrat tersebut diumpankan ke
coating drum (CD-01) untuk dilapisi dengan clay sehingga tidak terjadi
penggumpalan pada saat disimpan. Setelah prill dilapisi, kemudian diangkut
dengan menggunakan belt conveyor (B-01) dan dialirkan dengan bucket elevator
(BE-01) menuju ke silo produk (SL-01).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
33
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas
2.4.1. Neraca Massa
Produk : Amonium nitrat
Kapasitas : 60.000 ton/tahun
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Waktu operasi selama 1 tahun : 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam
2.4.1.1. Neraca Massa Total
Tabel 2.1 Neraca Massa Total
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 1 Arus 2 Arus 7 Arus 12 Arus 4 Arus 8 Arus 13
HNO3 5814,3712 - - - 58,1437 - -
NH3 - 1555,5150 - - - - -
H2O 3414,7894 7,8167 529,3761 - 3037,7775 877,4622 36,7425
NH4NO3 - - - - - - 7311,7424
Udara - - 18906,2901 - - 18906,2901 -
Clay - - - 227,2727 - - 227,2727
Total 9229,1606 1563,3316 19435,6662 227,2727 3095,9212 19783,7523 7575,7576
30455,4311 30455,4311
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
34
2.4.1.2. Neraca Massa Alat
1. Reaktor, R-01
Tabel 2.2 Neraca Massa pada Reaktor, R-01
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 1 Arus 2 Arus 3
NH3 - 1.555,51 -
HNO3 5.814,37 - 58,14
H2O 3.414,79 7,82 3.422,61
NH4NO3 - - 7.311,74
Total
9.229,16 1.563,33 10.792,49
10.792,49 10.792,49
2. Evaporator, EV-01
Tabel 2.3 Neraca Massa pada Evaporator, EV-01
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 3 Arus 4 Arus 5
HNO3 58,14 58,14 -
H2O 3.422,61 3.037,78 384,83
NH4NO3 7.311,74 - 7.311,74
Total
10.792,49 3.095,92 7.696,57
10.792,49 10.792,49
3. Mixing Tank, M-01
Tabel 2.4 Neraca Massa pada Mixing Tank, M-01
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 5 Arus 11 Arus 6
H2O dalam
Amonium NItrat
384,83 1,53 386,36
NH4NO3 7.311,74 304,66 7.616,40
Total
7.696,57 306,19 8.002,76
8.002,76 8.002,76
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
35
4. Prilling Tower, PT-01
Tabel 2.5 Neraca Massa pada Prilling Tower, PT-01
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 6 Arus 8 Arus 9
H2O 386,34 348,09 7.616,40
NH4NO3 7.616,40 - 38,27
Total
8.002,76 348.09 7.654,67
8.002,76 8.002,76
5. Screen, S-01
Tabel 2.6 Neraca Massa pada Screen, S-01
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 9 Arus 10 Arus 11
H2O 38,27 36,74 1,53
NH4NO3 7.616,40 7.311,74 304,66
Total
7.654,67 7.348,48 306,19
7.654,67 7.654,67
6. Coating Drum, CD-01
Tabel 2.7 Neraca Massa pada Coating Drum, CD-01
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 10 Arus 12 Arus 13
H2O 36,74 - 36,74
NH4NO3 7.311,74 - 7.311,74
Clay - 227,27 227,27
Total
7.348,48 227.27 7.575,75
7.575,75 7.575,75
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
36
2.4.2. Neraca Panas
1. Reaktor, R-01
Tabel 2.8 Neraca Panas pada Reaktor, R-01
Komponen Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)
Panas Arus 1 1.862.756,5200
Panas Arus 2 103.658,7976
Panas reaksi 10.964.051,3882
Panas Panas Arus 3 4.086.923,0064
Panas diterima
pendingin
8.843.543,6994
Total 12.930.466,7058 12.930.466,7058
2. Evaporator, EV-01
Tabel 2.9 Neraca Panas pada Evaporator, EV-01
Komponen Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)
Arus 3 Arus 4
Panas Arus 3 2102871,2172 -
Panas Arus 4 - 1126457,3892
Panas Arus 5 - 1875628,9480
Entalpi penguapan - 4174372,8964
Steam masuk 5073588,0164 -
Total 10.582.296,26 7176459,2336
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
37
3. Mixing Tank, M-01
Tabel 2.10 Neraca Panas pada Mixing Tank, M-01
Komponen Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)
Arus 5 Arus 11 Arus 6
H2O 1.733.171,10 96,11 -
NH4NO3 142.457,85 12.233,81 1.749.404,50
Total
1.875.628,95 12.329,92 138.554,37
1.887.958,87 1.887.958,87
4. Prilling Tower, PT-01
Tabel 2.11 Neraca Panas pada Prilling Tower, PT-01
Komponen Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)
Panas Arus 6 1887958,8711 -
Panas Pembekuan 34926,0152
Panas Arus 8 558808,7026
Panas yang diserap
udara
1294224,1533
Total 1887958,8711 1887958,8711
5. Heat Exchanger, HE-01
Tabel 2.12 Neraca Panas pada Heat Exchanger, HE-01
Komponen Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)
Arus 3 Arus 1
HNO3 6916,1119 741990,5126
H2O 868071,0221 1307132,0007
NH4NO3 1174135,3794 -
Total 2049122,5133 2049122,5133
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
38
6. Heat Exchanger, HE-02
Tabel 2.13 Neraca Panas pada Heat Exchanger, HE-02
Komponen Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)
NH3 Arus 2 - 86737,2186
H2O Arus 2 - 381,8677
HNO3 Arus 4 477,4360 -
H2O Arus 4 78268,2481 -
Panas pengembunan
Arus 4
8373,4022
-
Total 87119,0863 87119,0863
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
39
2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses
2.5.1. Lay Out Pabrik
Tata letak pabrik adalah kedudukan dari bagian pabrik yang terdiri dari
tempat karyawan bekerja, tempat peralatan, tempat penyimpanan bahan baku,
tempat penyimpanan produk baik itu produk utama maupun produk samping,
ditinjau dari segi hubungan satu dengan yang lainnya.
Tata letak pabrik harus dirancang sedemikian rupa sehingga penggunaan
area yang tersedia dapat efisien dan proses produksinya dapat berjalan dengan
lancar. Jadi dalam penentuan tata letak pabrik harus dipikirkan penempatan alat-
alat produksi sehingga keamanan, keselamatan dan kenyamanan bagi karyawan
dapat dipenuhi.
Hal-hal yang harus diperhatikan dalam perencanaan tata letak pabrik adalah:
1. Perluasan pabrik dan kemungkinan penambahan bangunan
Perluasan pabrik harus sudah direncanakan sejak awal sehingga masalah
kebutuhan akan tempat tidak akan timbul di masa depannya. Area yang
khusus harus dipersiapkan untuk dipakai tempat perluasan pabrik,
penambahan peralatan untuk menambah kapasitas, maupun pengolahan
produk.
2. Keamanan
Penentuan tata letak pabrik harus memperhatikan masalah keamanan,
sehingga apabila terjadi hal-hal seperti kebakaran, ledakan, kebocoran
gas/asap beracun dapat ditanggulangi secara tepat. Oleh karena itu
ditempatkan alat-alat pengamanan seperti hidrant, penampungan air yang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
40
cukup, alat penahan ledakan dan alat sensor untuk gas beracun. Tangki
penyimpanan bahan baku atau produk yang berbahaya diletakkan pada tempat
khusus sehingga dapat dikontrol dengan baik.
3. Luasan area yang tersedia
Pemakaian tempat harus disesuaikan dengan area yang tersedia apabila harga
tanah cukup tinggi maka pemakaian lahan haruslah efisien.
4. Instansi dan utilitas
Pemasangan dan distribusi yang baik dari gas, steam, dan listrik serta utilitas
lainnya akan membantu proses produksi dan perawatannya. Penempatan alat-
alat kantor diatur sedemikian rupa agar karyawan mudah mencapainya dan
dapat menjamin kelancaran operasi serta memudahkan perawatannya.
5. Area pengolahan limbah
Pabrik harus memperhatikan aspek sosial dan ikut menjaga kelestarian
lingkungan, yaitu dengan memperhatikan masalah pembuangan limbah hasil
produksinya. Batas maksimal kandungan komponen berbahaya pada limbah
harus diperhatikan dengan baik. Untuk itu penambahan fasilitas pengolahan
limbah sangat diperlukan, sehingga buangan limbah tersebut tidak berbahaya
bagi komunitas yang ada di sekitarnya.
6. Jarak yang tersedia dan jarak yang dibutuhkan
Alat-alat proses perlu diletakkan pada jarak yang teratur dan nyaman sesuai
dengan karakteristik alat dan bahan sehingga kemungkinan bahaya
kecelakaan dapat dihindarkan. Sebagian besar gerakan bahan cairan dan gas
di plant menggunakan piping dan harus memperhatikan regulasi yang tepat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
41
dalam desain. Letak alat proses diusahakan tidak terlalu dekat atau terlalu
jauh untuk mempermudah pengangkutan dan perbaikan.
Secara umum, garis besar tata letak pabrik ini dibagi menjadi beberapa
daerah utama (Vilbrandt, 1959), yaitu :
1. Daerah Administrasi/Perkantoran
Daerah ini merupakan pusat kegiatan administrasi perusahaan yang mengatur
kelancaran operasi dan kegiatan-kegiatan lainnya. Daerah ini ditempatkan di
bagian depat pabrik agar kegiatan administrasi tidak mengganggu kegiatan
dan keamanan pabrik serta harus terletak jauh dari area proses yang
berbahaya.
2. Daerah Fasilitas Umum
Merupakan daerah penunjang segala aktivitas pabrik dalam pemenuhan
kepentingan pekerja, seperti tempat parkir, tempat ibadah, kantin dan pos
keamanan.
3. Daerah Proses
Merupakan pusat proses produksi di mana alat-alat proses dan pengendali
proses ditempatkan. Daerah proses ini terletak di bagian tengah pabrik yang
lokasinya tidak mengganggu. Letak aliran proses direncanakan sedemikian
rupa sehingga memudahkan pemindahan bahan baku dari tangki
penyimpanan dan pengiriman produk ke daerah penyimpanan serta
memudahkan pengawasan dan pemeliharaan terhadap alat-alat proses.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
42
4. Daerah Laboratorium dan Ruang Kontrol
Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendali proses, kualitas dan
kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang akan dijual. Daerah
laboratorium merupakan pusat kontrol kualitas bahan baku, produk dan
limbah proses, sedangkan daerah ruang kontrol merupakan pusat kontrol
berjalannya proses yang diinginkan. Laboratorium dan ruang kontrol ini
diletakkan dekat daerah proses apabila terjadi sesuatu masalah di daerah
proses dapat cepat teratasi.
5. Daerah Pemeliharaan
Daerah pemeliharaan merupakan tempat penyimpanan suku cadang alat
proses dan untuk melakukan perbaikan, pemeliharaan atau perawatan semua
peralatan yang dipakai dalam proses.
6. Daerah Penyimpanan Bahan Baku dan Produk
Daerah ini terdiri dari area tangki penyimpanan bahan baku dan produk yang
terletak di lingkungan terbuka dan berada di dalam daerah yang dapat
terjangkau oleh angkutan pembawa bahan baku dan produk. Daerah ini
biasanya ditempatkan di dekat areal proses supaya suplai bahan baku proses
dan penyimpanan produk lebih mudah.
7. Daerah Utilitas
Daerah ini merupakan tempat untuk penyediaan keperluan yang menunjang
berjalannya proses produksi berupa penyediaan air, steam, udara tekan, dan
listrik. Daerah ini ditempatkan dekat dengan daerah proses agar sistem
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
43
pemipaan lebih ekonomsi, tetapi mengingat bahaya yang dapat ditimbulkan
maka jarak antara area utilitas dengan area proses harus diatur.
8. Daerah Pengolahan Limbah
Merupakan daerah pembuangan dan pengolahan limbah hasil proses
produksi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
44
Skala = 1 : 1000
:
AREA PERLUASAN
AREA UTILITAS
Lab
ora
tori
um
Ruang
Generator
Safety
Polikli
nik
Ben
gk
el
KANTOR
Mushola Kantin
Parkir Mobil & Motor
Po
s k
ea
ma
na
n
Co
ntr
ol
Ro
om
Pemadam
Kebakaran
Pintu
Darurat
Keterangan
: Taman
Arah jalan
WAREHOUSE
Pos
Keamanan
Parkir Tonton/Peti Kemas/Truk
AREA
PROSES
Gambar 2.4 Lay Out Pabrik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
45
2.5.2. Lay Out Peralatan Proses
Dalam perencanaan tata letak peralatan proses pada pabrik ada beberapa hal
yang perlu dipertimbangkan, yaitu:
1. Aliran bahan baku
Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan
ekonomis yang lebih besar, serta menunjang kelancaran dan keamanan
produksi.
2. Aliran udara
Aliran udara di dalam dan sekitar area proses perlu diperhatikan supaya
lancar, hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada
suatu tempat yang dapat menyebabkan akumulasi bahan kimia yang
berbahaya, sehingga membahayakan keselamatan pekerja, di samping itu
perlu diperhatikan arah hembusan angin.
3. Cahaya
Penerangan seluruh pabrik harus memadai, dan pada tempat-tempat proses
yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu diberikan penerangan tambahan.
4. Lalu lintas manusia
Dalam perancangan lay out peralatan proses, perlu diperhatikan agar pekerja
dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah, supaya apabila
terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki, selain itu keamanan
pekerja selama menjalankan tugasnya perlu mendapatkan prioritas utama.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
46
5. Lalu lintas alat berat
Hendaknya diperhatikan jarak antar alat dan lebar jalan agar seluruh alat
proses dapat dicapai oleh pekerja dengan cepat dan mudah supaya jika terjadi
gangguan alat proses dapat segeara diperbaiki.
6. Perhitungan ekonomi
Dalam menempatkan alat-alat proses pada pabrik diusahakan agar dapat
menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran serta keamanan produksi,
sehingga dapat menguntungkan dari segi ekonomi.
7. Jarak alat proses
Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi,
sebaiknya dipisahkan dari alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi
ledakan atau kebakaran pada alat tersebut tidak membahayakan alat proses
lainnya.
Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga :
Kelancaran proses produksi dapat terjamin.
Dapat mengefektifkan penggunaan luas lantai.
Biaya material handling menjadi rendah dan menyebabkan turunnya
pengeluaran untuk kapital yang tidak penting.
Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan produktivitas
kerja.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab II Deskripsi Proses
47
Gambar 2.5 Lay Out Peralatan Proses
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
48 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
BAB III
SPESIFIKASI PERALATAN PROSES
3.1 Reaktor
Kode : R-01
Fungsi : Mereaksikan asam nitrat dengan amonia
menghasilkan amonium nitrat
Tipe : Bubble reactor
Jumlah : 1 buah
Kondisi Operasi
- Suhu : 145 C
- Tekanan : 3,9 atm
Material : Stainless steel SA-304 grade C
Tinggi total reaktor : 5,74 m
ID shell bagian atas : 2,3 m
ID shell bagian bawah : 1,9 m
Tebal shell : ¾ in = 0.019 m
Inlet cairan
- Bentuk : Perforated pipe, 2 ½ in SN 40
- Panjang pipa : 0,6 m
- Diameter lubang : 0,0158 m
- Jumlah lubang : 8
48
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
49 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
Inlet gas
- Bentuk : Perforated pipe, 1 ½ in SN 40
- Panjang pipa : 0,9 m
- Diameter lubang : 0,0046 m
- Jumlah lubang : 40 lubang tiap pipa
Spesifikasi head
- Bentuk : torispherical head
- Tebal head atas : 5/8 in = 0,0159 m
- Tingi head atas : 0,49 m
- Tebal head bawah : 5/8 in = 0,0159 m
- Tingi head bawah : 0,4 m
Heat exchanger didalam reaktor
- Jenis : Shell and tube heat exchanger
- Ukuran tube : 1 ¼ OD, 16 BWG
- Panjang tube : 96 in = 2,4384 m
- Jumlah tube : 832 tube
- Susunan tube : square pitch dengan tube pitch 1 4/7 in
3.2 Evaporator
Kode : EV-01
Fungsi : Memekatkan larutan amonium nitrat
hingga konsentrasinya menjadi 95% berat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
50 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
Tipe : Long tube vertical evaporator
Bahan konstruksi : Stainless steel SA-304 grade C
Jumlah tube : 187 buah
Panjang tube : 12 ft = 3,66 m
Tinggi total : 4,53 m
Diameter evaporator : 0,74 m
3.3 Mixing Tank
Kode : M-01
Fungsi : Mencampur keluaran bawah evaporator
dengan arus recycle dari screen
Tipe : Vessel tegak dengan torispherical head
Pengaduk : 6 blade turbine impeller
Jumlah : 1
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Waktu tinggal : 10 menit
Diameter mixer : 1.10 m
Tebal shell : 3/16 in = 0,0048 m
Tebal head : 3/16 in = 0,0048 m
Tinggi mixer : 1.54 m
Power pengadukan : 7,5 HP
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
51 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
3.4. Prilling Tower
Kode : PT-01
Fungsi : Membentuk butiran prill NH4NO3 dari
larutan NH4NO3.
Tipe : Silinder tegak
Bahan konstruksi : Beton
Kecepatan linier udara : 6 m/detik
Diameter Prilling Tower : 3,22 m = 10,57 ft
Tinggi Prilling Tower : 31,35 m = 105,85 ft
Diameter lubang cair : 0,11 cm = 0,04 in = 0,001 m
Jumlah lubang orifice : 5.000
Jumlah butir setiap lubang : 250.913 butir/jam
3.5. Screen
Kode : S-01
Fungsi : Menyaring dan menyeragamkan ukuran
prill amonium nitrat
Jumlah : 1 buah
Tipe : Vibrating Screen
Bukaan ayakan : 8 mesh 10 mesh
2,38 mm 1,68 mm
Lebar : 0,7 m
Panjang : 1,05 m
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
52 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
Power : 7,5 HP
3.6. Screw Conveyor, SC-01
Kode : SC-01
Fungsi : Memindahkan prill dari screen ke coating
drum
Diameter : 0,15 m
Panjang : 10 ft = 3,048 m
Power motor : 1 HP
3.7. Coating Drum
Kode : CD-01
Fungsi : Mencampur prill amonium nitrat dengan
clay
Tipe : Tumbler without baffles-double cone
Jumlah : 1 buah
Kapasitas alat : 54 ft3 = 1,5282 m
3
Kapasitas kerja : 30 ft3 = 0,849 m
3
Diameter inlet : 54 in = 1,3716 m
Diameter inlet : 14 in = 0,3556 m
Diameter outlet : 8 in = 0,2032 m
Daya : 5 HP
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
53 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
3.8. Conveyor
3.8.1 Belt Conveyor-01
Kode : B-01
Fungsi : Memindahkan prill dari coating drum ke
bucket elevator
Panjang belt : 9,14 m
Lebar belt : 14 in = 0,3556 m
Sudut elevasi : 0 o
Kecepatan belt : 100 ft/menit = 30,48 m/menit
Power motor : 3 HP
3.8.2 Belt Conveyor-02
Kode : B-02
Fungsi :Mengangkut off-spec prill dari screen ke
mixing tank
Panjang belt : 8 m
Lebar belt : 14 in = 0,3556 m
Sudut elevasi : 0,2o
Kecepatan belt : 100 ft/menit = 30,48 m/menit
Power motor : 1 HP
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
54 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
3.9. Bucket Elevator
3.9.1 Bucket Elevator-01
Kode : BE-01
Fungsi : Menaikkan prill dari belt conveyor-01 ke
silo amonium nitrat
Ukuran bucket : (8 × 5,5 ×7,75) in = (0,2 x 0,14 x 0,19) m
Lebar belt : 14 in = 0,3556 m
Panjang elevator : 21,57 m
Kecepatan : 150 ft/menit = 45,72 m/menit
Power motor : 2 HP
3.9.2 Bucket Elevator-02
Kode : BE-02
Fungsi : Menaikkan prill dari screw conveyor
hopper
Ukuran bucket : (8 × 5,5 ×7,75) in = (0,2 x 0,14 x 0,19) m
Lebar belt : 14 in = 0,3556 m
Panjang elevator : 5 m
Kecepatan : 150 ft/menit = 45,72 m/menit
Power motor : 1 HP
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
55 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
3.10. Silo
3.10.1. Silo Amonium Nitrat
Kode : SL-01
Fungsi : Menyimpan amonium nitrat selama 7 hari
Tipe : Tangki silinder vertikal, cone 60 bottomed
Jumlah : 1 buah
Kondisi operasi :
- T : 30oC
- P : 1 atm
Material : Carbon steel SA-283 grade C
Kapasitas : 1057,56 m3
Diameter : 9,10 m
Tinggi : 13,64 m
Tebal shell : 0,4375 in = 0,0111 m
Tebal head : 0,5 in = 0,0127 m
Tinggi total : 21,57 m
3.10.2. Silo Clay
Kode : SL-02
Fungsi : Menyimpan clay selama 7 hari
Tipe : Tangki silinder vertikal, cone 60º bottomed
Jumlah : 1 buah
Kondisi operasi :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
56 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
- T : 30oC
- P : 1 atm
Material : Carbon steel SA-283 grade C
Kapasitas : 12,16 m3
Diameter : 2,05 m
Tinggi : 3,08 m
Tebal shell : 0,25 in = 0,0064 m
Tebal head : 0,25 in = 0,0064 m
Tinggi total : 4,9 m
3.11. Tangki
3.11.1. Tangki Asam Nitrat
Kode : T-01
Fungsi : Menyimpan asam nitrat selama 7 hari
Tipe : Tangki silinder tegak, flat bottomed dan conical
head
Jumlah : 1 buah
Kondisi operasi
- T : 30oC
- P : 1 atm
Material : Carbon steel SA-283 grade C
Kapasitas : 9250 bbl
Diameter : 35 ft = 10,67 m
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
57 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
Tinggi : 54 ft = 16,46 m
Tebal shell : Course 1 = 11
16 in = 0,0270 m
Course 2 = 1 in = 0,0254 m
Course 3 = 15
16 in = 0,0238 m
Course 4 = 14
16 in = 0,0222 m
Course 5 = 13
16 in = 0,0206 m
Course 6 = 12
16 in = 0,0190 m
Course 7 = 11
16 in = 0,0175 m
Course 8 = 10
16 in = 0,0159 m
Course 9 = 9
16 in = 0,0143 m
Tebal head : 3,3125 in = 0,084 m
Tinggi head : 0,58 m
Tinggi total : 17,04 m
3.11.2. Tangki Amonia
Kode : T-02
Fungsi : Menyimpan amonia selama 7 hari
Tipe : Bola / spherical tank
Jumlah : 1 buah
Kondisi operasi
- T : 30oC
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
58 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
- P : 12 atm
Material : Carbon steel SA-283 grade C
Kapasitas : 348,72 m3
Diameter : 8,73 m
Tebal shell : 1,125 in = 0,028 m
3.12. Heat Exchanger
3.12.1. Heat Exchanger-01
Kode : HE-01
Fungsi : Memanaskan asam nitrat masuk reaktor
Tipe : Double pipe heat exchanger
Jumlah : 1 buah
Luas transfer panas : 85 ft2 = 7,8965 m
2
Inner pipe
- Fluida : Larutan asam nitrat umpan reaktor
- OD tube : 3,5 in = 0,0889 m
- Panjang : 15 ft = 4,572 m
- Bahan konstruksi : Stainless steel SA-304 grade C
- Pressure drop : 7,49 psi
Annulus
- Fluida : Keluaran reaktor
- OD annulus : 4,5 in = 0,1143 m
- Bahan konstruksi : Stainless steel SA-304 grade C
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
59 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
- Pressure drop : 0,21 psi
Jumlah pipa : 6 pipa
RD dibutuhkan : 0,001
RD perancangan : 0,0013
3.12.2. Heat Exchanger-02
Kode : HE-01
Fungsi : Memanaskan amonia masuk reaktor
Tipe : Double pipe heat exchanger
Jumlah : 1 buah
Luas transfer panas : 3,61 ft2 = 0,3354 m
2
Inner pipe
- Fluida : Hasil atas evaporator
- OD tube : 3,5 in =0,0889 m
- Panjang : 15 ft = 4,572 m
- Bahan konstruksi : Stainless steel SA-304 grade C
- Pressure drop : 0,002 psi
Annulus
- Fluida : Gas amonia umpan reaktor
- OD annulus : 4,5 in
- Bahan konstruksi : Carbon steel SA 283
- Pressure drop : 0,026 psi
Jumlah pipa : 1 pipa
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
60 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
RD dibutuhkan : 0,001
RD perancangan : 0,0012
3.13. Pompa
3.13.1. Pompa-01
Kode : P-01
Fungsi : Mengalirkan larutan asam nitrat dari tangki
penyimpanan ke reaktor
Tipe : Sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 38,11
Tenaga pompa : 3 Hp
Tenaga motor : 5 Hp
NPSH required : 2,79 ft = 0,8504 m
NPSH available : 27,48 ft = 8,3759 m
Pipa
- IPS : 2,5 in = 0,0635 m
- OD : 2,875 in = 0,0730 m
- ID : 2,469 in = 0,0627 m
- SN : 40
3.13.2. Pompa-02
Kode : P-02
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
61 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
Fungsi : Mengalirkan larutan amonium nitrat dari
evaporator ke mixing tank
Tipe : Sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 27,91
Tenaga pompa : 0,5 Hp
Tenaga motor : 1 Hp
NPSH required : 2,27 ft = 0,6919 m
NPSH available : 20,74 ft = 6,3215 m
Pipa
- IPS : 2,5 in = 0,0635 m
- OD : 2,875 in = 0,0730 m
- ID : 2,469 in = 0,0627 m
- SN : 40
3.13.3. Pompa-03
Kode : P-03
Fungsi : Memompa larutan amonium nitrat dari mixing tank
ke prilling tower
Tipe : Sentrifugal
Jumlah : 1
Kapasitas (gpm) : 28,99 gpm
Tenaga pompa : 5 Hp
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
62 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
Tenaga motor : 7,5 Hp
NPSH required : 2,33 ft = 0,7102 m
NPSH available : 111,64 ft = 34,0279 m
Pipa
- IPS : 2,5 in = 0,0635 m
- OD : 2,875 in = 0,0730 m
- ID : 2,469 in = 0,0627 m
- SN : 40
3.14. Blower
Kode : JB-01
Fungsi : Mengalirkan udara ke prilling tower
Tipe : Centrifugal blower
Jumlah : 1
Flow udara : 16990,34 m3/jam
Suhu masuk : 30 °C
Suhu keluar : 30,82 °C
Tenaga motor : 12 HP
3.15. Expansion Valve
Kode : V-01
Fungsi : Menurunkan tekanan keluaran reaktor masuk
evaporator
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
63 Prarancangan Pabrik Amonium Nitrat dari Amonia dan Asam Nitrat Kapasitas 60.000 Ton/ Tahun
Bab III Spesifikasi Alat
Tipe : throttle valve sebagai expander cairan
Kondisi operasi : Tin = 145 °C
Tout = 145 °C
Pin = 3,9 atm
Pout = 1,1 atm