NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK ?· 2014-10-15 · ditempatkan dalam tangki bahan baku (T-03) dengan…

Embed Size (px)

Text of NASKAH PUBLIKASI PRARANCANGAN PABRIK ?· 2014-10-15 · ditempatkan dalam tangki bahan baku (T-03)...

  • 1

    NASKAH PUBLIKASI

    PRARANCANGAN PABRIK

    NITROGLISERIN DARI ASAM NITRAT DAN GLISERIN

    DENGAN PROSES BIAZZI

    KAPASITAS 30.000 TON PER TAHUN

    Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh

    Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik

    Universitas Muhammadiyah Surakarta

    Oleh :

    Tika Andriani

    D 500 100 039

    Dosen pembimbing :

    1. Emi Erawati, ST., MEng

    2. Rois Fathoni, ST., MSc., PhD

    JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

    UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

    SURAKARTA

    2014

  • 2

  • 3

    ABSTRACT

    Nitroglycerin is a chemical explosive in dynamite makers asplasticizer and

    multi-phase propelant and also as a remedy forthe relief of angina pectoris attacks in

    medical science. Nitroglycerin-making process takes place in an isothermal manner

    Biazzi using CSTR reactor (Continuous Stirred Tank Reactor) conditions at 1 atm

    pressure and temperature 15oC. The reaction is exothermic, so as to keep the

    temperature constant reactor equipped with a cooling coil.

    Nitroglycerin is a chemical produced from the nitration process between

    glycerin and a mixture of nitric acid and sulfuric acid as a dehydrating agent. Plants

    operating with a capacity of 30,000 tons / year requires as much glycerin 1542.1096

    kg / h, total nitric acid 4202.9191 kg / h, and sulfuric acid as 5431.4648 kg / h.

    20.000M3 have a factory covering employees 257 people operating 24 hours for 330

    days. Nitroglycerin plant needs water is as much 3844.4523 kg / h and needs as much

    electricity as 380.0485 kg / h.

    From the economic analysis done on this factory with a fixed capital and

    working capital of Rp387,446,652,250.73 and Rp133,041,739,274.43. From the

    economic analysis of these plants showed a profit before tax of Rp93,346,006,480.17

    per year after tax profits 30% to Rp65,342,204,536.12 per year.Return On Investment

    (ROI )before taxes 24,093% and 16,865% after tax. Pay Out Time (POT) is2.933

    years before tax and after tax 3,722 years. Break Even Point (BEP) of 45,118% and

    Shut Down Point (SDP) of 16.438%. From the data summarized above step, the

    feasibility, the plant is profitable and feasible set.

    Keywords: Nitroglycerin, nitration, ContinuousStirred Tank Reactor

  • 4

    PENDAHULUAN

    1.1. Latar Belakang

    Pertumbuhan industri petrokimia

    di Indonesia semakin berkembang,

    perkembangan industri petrokimia

    selain akan memberi nilai tambah pada

    migas sebagai bahan bakunya juga

    akan mendorong beragamnya produk

    yang dihasilkan. Salah satu industri

    yang mempunyai kegunaan penting

    adalah nitrogliserin.

    Nitrogliserin merupakan senyawa

    kimia yang mempunyai prospek besar

    untuk berkembang secara komersial.

    Nitrogliserin termasuk bahan peledak

    di dalam dinamit dan propelan jenis

    double base dan triple base.

    Nitrogliserin juga digunakan

    dalam bidang pertambangan dan

    bidang farmasi, baik sebagai bahan

    baku ataupun bahan pembantu.

    Nitrogliserin digunakan sebagai obat

    untuk meredakan rasa sakit dan

    mengurangi frekuensi serangan angina

    pektoris.

    Kebutuhan nitrogliserin di

    Indonesia diperkirakan akan terus

    meningkat dengan berkembangnya

    industri industri yang berbahan baku

    nitrogliserin di Indonesia. Selain itu

    nitrogliserin belum diproduksi dalam

    negeri sehingga untuk mencukupi

    kebutuhan di dalam negeri masih harus

    mengimpor. Keuntungan pendirian

    pabrik nitrogliserin antara lain, dapat

    memenuhi kebutuhan nitrogliserin

    dalam negeri sehingga mengurangi

    impor dalam negeri yang diharapkan

    dapat menambah devisa negara dan

    dapat mendukung perkembangan

    industri-industri di Indonesia.

    1.2. Kapasitas Rancangan Produksi

    Berdasarkan data impor yang

    diperoleh dari Biro Pusat Statistik

    kebutuhan nitrogliserin dari tahun

    2006-2011 dapat dilihat pada tabel 1.

    Tabel 1. Data Impor Nitrogliserin di

    Indonesia

    No. Tahun Jumlah

    (Ton/Tahun)

    1 2006 1.462,038

    2 2007 1.671,176

    3 2008 1.906,095

    4 2009 1.972,256

    5 2010 2.176,639

    6 2011 2.564,244

    (Badan Pusat Statistik, 2006-2011)

  • 5

    Berdasarkan pertimbangan di atas,

    maka dalam perancangan pabrik

    nitrogliserin ini dipilih kapasitas

    perancangan sebesar 30.000 ton/tahun.

    1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik

    Pemilihan lokasi pabrik sangat

    penting dalam perancangan pabrik

    karena hal ini dapat mempengaruhi

    kedudukan pabrik dalam persaingan

    maupun kelangsungan hidup pabrik

    tersebut. Pemilihan lokasi pabrik yang

    tepat dapat memberikan keuntungan

    maksimal.

    Berdasarkan faktor sumber bahan

    baku, letak pasar, sarana transportasi,

    tenaga kerja, utilitas dan kebijakan

    pemerintah, lokasi pendirian pabrik

    nitrogliserin di Cikarang, Bekasi, Jawa

    Barat.

    TINJAUAN PUSTAKA

    2.1. Proses Pembuatan Nitrogliserin

    Nitrogliserin dibuat dengan

    mereaksikan gliserin dengan asam

    nitrat. Reaksi ini merupakan reaksi

    nitrasi, dimana fase campuran di dalam

    reactor berbentuk fase emulsi. Reaksi

    yang terjadi adalah:

    Asam sulfat sebagai dehydrating

    agent ini mencegah asam nitrat

    membentuk hydrogen dan ion nitrat.

    Asam sulfat bereaksi dengan asam

    nitrat membentuk ion nitronium yang

    sangat penting dalam suatu reaksi

    nitrasi.

    HNO3 + H2SO4 + 2e- SO4

    -2 + H3O

    + + NO2

    -

    Ada beberapa macam proses

    pembuatan nitrogliserin, diantaranya:

    1. Biazzi Continous Process

    2. Schmid-Meissner Continous

    Process

    3. Nitro nobel injector proses

    Berdasarkan pertimbangan faktor

    keamanan dan konversi, dipilih proses

    biazzi dalam perancangan pabrik ini.

    Dalam proses biazzi nitrogliserin yang

    terakumulasi dalam suatu sistem

    sedikit terakumulasi sehingga lebih

    aman, mengingat sifat dasar

    nitrogliserin yang mudah meledak,

    selain itu dalam proses ini reaksi

    berlangsung pada suhu rendah (15oC)

    dan konversi pembentukannya

    mencapai 99,43%.

    2.2 . Dasar Reaksi

    Dasar reaksi pembuatan

    nitrogliserin adalah reaksi esterifikasi

  • 6

    antara gliserin dan asam nitrat yang

    merupakan reaksi nitrasi, dimana fase

    campuran di dalam reaktor berbentuk

    fase emulsi seperti terlihat pada reaksi

    dibawah ini:

    C3H5(OH)3+ 3HNO3

    H2SO4 C3H5(ONO2)3+ 3H2O

    Pada reaksi tersebut, reaktan asam

    berupa asam nitrat dan asam sulfat,

    dimana asam sulfat sebagai

    dehydrating agent sehingga hanya

    asam nitrat yang bereaksi. Reaksi

    nitrasi antara gliserin dan asam nitrat

    merupakan fase cair-cair bersifat

    eksotermis, berlangsung pada suhu

    operasi 15oC, tekanan sebesar 1 atm

    dengan konversi 99,43%.

    Perbandingan mol reaktan antara

    gliserin dan asam adalah 1 : 4.

    Campuran asam terdiri dari asam nitrat

    dan asam sulfat dengan perbandingan

    52% : 48%.

    (Kai, 2008)

    2.3. Tinjauan Thermodinamika

    Reaksi pembuatan nitrogliserin:

    C3H5(OH)3+ 3HNO3

    H2SO4 C3H5(ONO2)3+ 3H2O

    Data-data entalpi tiap komponen (T

    operasi = 25oC):

    Hfo C3H8O3 : -665,9250 kJ/mol

    Hfo HNO3 : -173,0080 kJ/mol

    Hfo C3H5(ONO2)3 : -368,4620 kJ/mol

    Hfo H2O : -285,8380 kJ/mol

    (Kai, 2008)

    Panas pembentukan:

    H298 K = Hproduk - Hreaktan

    = -41,0270 kJ/mol

    = -41027 J/mol

    Data-data CpdT tiap komponen

    (Toperasi = 15oC) :

    CpdT C3H8O3: -2425,0125 J/mol

    CpdT HNO3 : -1104,9311 J/mol

    CpdT C3H5(ONO2)3: -3390,0000J/mol

    CpdT H2O : -756,8168 J/mol

    (Kai, 2008)

    CpdT 291 K = CpdT produk - CpdT reaktan

    = 0,0793554 kJ/mol

    Menghitung panas reaksi pada suhu

    reaksi (15oC):

    HR = H298 K + CpdT

    = -40,9476446 kJ/mol

    Berdasarkan perhitungan didapat

    harga enthalpi reaksi pada suhu 15oC

    sebesar -40,9476 kJ/mol. Harga

    enthalpi didapat negatif, berarti reaksi

    pembuatan nitrogliserin merupakan

  • 7

    reaksi eksotermis, artinya pada reaksi

    pembentukan nitrogliserin dibutuhkan

    sejumlah pendingin tertentu, sehingga

    reaktor memerlukan pendingin.

    2.4. Diagram Alir Proses

    Secara umum proses produksi

    nitrogliserin terdiri dari tiga langkah

    proses yaitu:

    1. Persipan bahan baku

    Bahan baku yang terdiri dari asam

    nitrat dan gliserin serta bahan

    pembantu katalis asam sulfat. Asam

    nitrat dan asam sulfat masing-masing

    ditempatkan dalam tangki bahan baku

    (T-01) dan (T-02), sedangkan gliserin

    ditempatkan dalam tangki bahan baku

    (T-03) dengan kapasitas untuk

    memenuhi kebutuhan proses selama

    tujuh hari.

    2. Proses reaksi

    Asam nitrat dari tangki bahan baku

    (T-01) dicampurkan dengan asam

    sulfat dari tangki bahan baku (T-02) di

    dalam Mixer-1(M-01). Asam

    campuran dari M-01 didinginkan

    dengan Cooler-1 (HE-01) hingga suhu

    15oC dan dipompa menuju reaktor

    untuk direaksikan dengan gliserin dari

    tangki bahan baku (T-03