SIMULASI DAN STUDI UNIT SINTESA UREA TERHADAP INDIKATOR PROSES YANG MEMPENGARUHI PROSES SINTESA UREA SERTA PRA-EVALUASI REAKTOR (2-R-201) PADA PABRIK UREA KALTIM 3 P.T. PUPUK KALIMANTAN TIMUR PDF

Preview

Summary

LAPORAN TUGAS KHUSUS SIMULASI DAN STUDI UNIT SINTESA UREA TERHADAP INDIKATOR PROSES YANG MEMPENGARUHI PROSES SINTESA UREA SERTA PRA- EVALUASI REAKTOR (2-R-201) DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM SIMULASI PADA PABRIK UREA KALTIM 3 P.T. PUPUK KALIMANTAN TIMUR Disusun Oleh : Badar Ilham Anggawijaya 21030114120...

Description

LAPORAN TUGAS KHUSUS SIMULASI DAN STUDI UNIT SINTESA UREA TERHADAP INDIKATOR PROSES YANG MEMPENGARUHI PROSES SINTESA UREA SERTA PRAEVALUASI REAKTOR (2-R-201) DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM SIMULASI PADA PABRIK UREA KALTIM 3 P.T. PUPUK KALIMANTAN TIMUR

Disusun Oleh : Badar Ilham Anggawijaya

21030114120032

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2017

Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kalimantan Timur

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN KHUSUS KERJA PRATEK DEPARTEMEN OPERASI PABRIK-3 PT PUPUK KALIMANTAN TIMUR

JUDUL LAPORAN KHUSUS : SIMULASI DAN STUDI UNIT SINTESA UREA TERHADAP INDIKATOR PROSES YANG MEMPENGARUHI PROSES SINTESA UREA SERTA PRA-EVALUASI REAKTOR (2-R-201) DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM SIMULASI PADA PABRIK UREA KALTIM 3 P.T. PUPUK KALIMANTAN TIMUR

Penyusun: Badar Ilham Anggawijaya 2103014120032

Mengesahkan,

Semarang,

September 2017

Dosen Pembimbing

Prof. D.R. Moh. Djaeni, S.T., M.Eng. PhD. NIP.197102071995121001

ii Departemen Teknik Kmia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kalimantan Timur

KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur bagi Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia- Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan praktek kerja mulai tanggal 21 Juli 2017 – September 2017 di Departemen Operasi Pabrik-3, PT. Pupuk Kalimantan Timur hingga tersusunnya laporan ini. Praktek kerja merupakan salah satu mata kuliah yang wajib ditempuh sebagai persyaratan menyelesaikan studi di Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro, Semarang. Praktek kerja ini dimaksudkan agar mahasiswa dapat memahami penerapan teori yang diperoleh di bangku kuliah pada industri kimia. Pada kesempatan kali ini penyusun menyampaikan rasa terima kasih kepada: 1.

Orang tua dan teman-teman yang telah memberikan dukungan dan doanya selama kerja praktek

2.

Bapak DR. Siswo Sumardiono, ST, MT., selaku Ketua Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro

3.

Bapak, Prof. D.R. Moh. Djaeni, S.T., M.Eng. selaku dosen pembimbing kerja praktek.

4.

Bapak Sidiq Purnomo Nugroho dan Mujiono, selaku pembimbing lapangan kerja praktek.

5.

Bapak Ngateno S.T., selaku Manajer Departemen Operasi Pabrik-3.

6.

Bapak Tathit Surya Arjanggi, selaku Manajer Departemen Diklat & Manajemen Pengetahuan. P.T. Pupuk KalimantanTimur

7.

Bapak M. Arifin selaku superintendent Perencanaan dan Evaluasi Diklat Departemen Diklat dan Manajemen Pengetahuan P.T. Pupuk KalimantanTimur

8.

Bapak-bapak Superintendent, Asisten Superintendent, supervisor, foreman dan operator amonia, urea dan utilitas Pabrik-3 PT. Pupuk Kalimantan Timur.

9.

Teman-teman kerja praktek operasi pabrik 3 Mono, Philia, Nopren, Mina, Sarah, Rama, Robby, Andy, Narun, dan Rahmat

10. Teman-teman Mess Petrosea Kerja Praktek Periode 3 2017 Penyusun menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun, sangat kami harapkan. Semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya.

iii Departemen Teknik Kmia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kalimantan Timur

INTISARI Urea adalah senyawa organik yang tersusun 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. Secara garis besar proses pembuatan urea terbagi menjadi beberapa unit penting yaitu, persiapan bahan baku, sintesa, resirkulasi, evaporasi, prilling dan finishing. Pada proses sintesa terdapat beberapa variable yang dapat mempengaruhi produksi urea seperti, rasio N/C fas gas, rasio N/C fase cair, rasio H/C, serta suhu dan tekanan. Tujuan dari penyusunan laporan ini ialah Mensimulasikan proses sintesa urea pabrik PKT Kaltim-3 dengan menggunakan program simulasi, mengevaluasi dan menganalisa kondisi optimum dari berbagai variabel yang berpengaruh dalam proses sintesa urea, dan pra-Evaluasi reaktor urea (2-R-201). Pabrik urea Pabrik-3 dirancang dengan kapasitas produksi sebesar 1.725 ton/hari urea prill. Proses yang digunakan pada pabrik urea Pabrik-3 adalah total recycle CO2 stripping dari STAMICARBON B.V., Geleen, Belanda. HP Carbamate Condeser adalah sebuah alat penukar panas (shell and tube heat exchanger) dengan posisi vertikal, proses gas/cair pada tube side dan boiler feed water pada shell side. Dalam HPCC terjadi reaksi kondensasi karbamat dari amonia dan karbon dioksida. Di dalam reaktor sekitar 60% CO2 diubah menjadi urea. Campuran hasil reaksi yang terjadi di dalam reaktor mengalir melalui line over flow ke HP Stripper (2-E-201) pada temperatur 183oC. Campuran hasil reaksi dari reaktor masuk ke HP Stripper melalui line over flow yang dirancang sedemikian sehingga dapat dibentuk liquid level seal diantara reaktor dan HP Stripper. Temperatur masuk stripper 182oC, gas CO2 dilewatkan secara berlawanan arah, sedang larutan urea dengan konsentrasi 30-37% dilewatkan dari bagian atas. Fase gas dari reaktor yang mengandung NH3, CO2, dan inert dikirim ke HP Scrubber untuk dikondensasikan. Panas kondensasi NH3 dan CO2, sekitar 120oC diambil oleh Circulating Cooling Water dan sebagian lagi untuk memanasi larutan karbamat encer dengan temperatur 80-85oC dan tekanan 165 kg/cm2 (2-PIC-305/306), yang masuk dari LP Carbamat Condenser (2-E-303) pada unit resirkulasi. Indikator proses pada proses sintesa urea adalah rasio N/C, rasio H/C, rasio H/U, dan tekanan serta suhu. Simulasi unit sintesa urea pada pabrik urea Kaltim-3 dimaksudkan untuk mengetahui bagaimana pengaruh berbagai variabel terhadap proses produksi urea terutama pada unit sintesa urea. Selain itu, simulasi juga bertujuan untuk mengetahui titik optimum berbagai variabel pada unit sinresa urea dengan meninjau berbagai faktor seperti konversi, suhu, tekanan, dan unjuk kerja dari peralatan yang digunakan. Semakin besar rasio H/U maka konversi CO2 akan semakin kecil. Rasio H/U adalah rasio antara air dan urea yang terbentuk secara bersamaan pada proses penguraian carbamate menjadi urea dan air. Profil konversi CO2 pada berbagai rasio N/C, terbukti bahwa semakin tinggi rasio N/C maka konversi CO2 juga semakin tinggi. Semakin tinggi nya rasio N/C berarti semakin banyak pula excess NH3 yang diberikan. Berbanding terbalik dengan konversi CO2, konversi NH3 mengalami penurunan ketika rasio N/C tinggi. Penjelasan sederhana mengapa konversi NH3 menurun ialah karena pada rasiso N/C tinggi maka NH3 yang ada juga semakin banyak sehingga NH3 yang tak terkonversi juga akan meningkat. Hasil simulasi unit sintesa urea dengan memvariasikan nilai N/C antara 2,86 - 3.06 menunjukan bahwa semakin tinggi rasio N/C maka semakin besar pula % berat urea keluaran reaktor. Rasio N/C idealnya dijaga pada kisaran 2.95-3.00 untuk menjamin pabrik beroperasi pada kondisi yang efisien. Semakin tinggi rasio N/C maka akan didapatkan konversi CO2 yang lebih besar akan tetapi konversi terhadap NH3 menjadi lebih kecil.Berat urea keluaran reaktor akan bertambah seiring dengan naiknya rasio N/C, akan tetapi semakin tingi rasio N/C maka efisiensi HP Stripper akan menurun. Apabila HP Stripper masih mampu menstripping gas-gas dari outlet reaktor maka dapat dilakukan peningkatan rasio N/C guna meningkatkan konversi CO2. saran untuk laporan khusus berikutnya, pada permodelan berikutnya sebaiknya dilakukan peninjauan dari segi larutan carbamate yang di recycle dari LPCC tidak hanya sebatas unit sintesa urea saja. Karena perbedaan hasil unit sintesa urea akan mempengaruhi komposisi larutan carbamate yang di recycle.Dilakukan analisa hubungan antara rasio N/C, rasio H/U dan rasio H/C bagaimana fenomena yang terjadi dan keterkaitan antara satu sama lain

iv Departemen Teknik Kmia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kalimantan Timur

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .......................................................................................................... iii INTISARI ............................................................................................................................. iv DAFTAR ISI ......................................................................................................................... v DAFTAR TABEL ............................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... viii BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1 1.1

Latar Belakang ........................................................................................................ 1

1.2

Rumusan Masalah ................................................................................................... 1

1.3

Ruang Lingkup........................................................................................................ 2

1.4

Tujuan ..................................................................................................................... 2

1.5

Manfaat ................................................................................................................... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................................... 3 2.1 Sintesa Urea ................................................................................................................. 4 2.2 High Pressure Carbamat Condenser (2-E-201)............................................................ 5 2.3 Reaktor (2-R-201) ........................................................................................................ 7 2.4 HighPressure Stripper (2-E-201) ................................................................................. 9 2.5 High Pressure Scrubber (2-E-203) ............................................................................. 11 2.6 Variabel yang Mempengaruhi Proses Sintesa Urea ................................................... 12 2.6.1.

Pengaruh Ratio N/C ....................................................................................... 12

2.6.2.

Pengaruh Ratio H2O/CO2 ............................................................................. 13

2.6.3 Pengaruh Rasio H/U ............................................................................................ 14 2.6.4 Temperatur dan Tekanan ..................................................................................... 14 BAB III METODE PENYELESAIAN MASALAH........................................................... 15 3.1 Metode Pengumpulan Data ........................................................................................ 15 3.1.1 Data primer .......................................................................................................... 15 3.1.2 Data sekunder ...................................................................................................... 15 3.2 Metode Pengolahan Data ........................................................................................... 15 3.3 Langkah Penyelesaian Masalah ................................................................................. 16 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 17

v Departemen Teknik Kmia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kalimantan Timur

4.1 Basis Data .................................................................................................................. 17 4.2 Hasil Simulasi ............................................................................................................ 17 4.2.1 Thermodynamic Property Package ..................................................................... 17 4.2.2 Model Simulasi ................................................................................................... 18 4.2.3 Validasi Model .................................................................................................... 20 4.3 Pembahasan................................................................................................................ 22 4.3.1 Pengaruh Rasio H/U Terhadap Konversi CO2 ................................................... 22 4.3.2 Pengaruh Rasio N/C Terhadap Konversi CO2 dan NH3 .................................... 23 4.3.3 Pengaruh Rasio N/C Terhadap Produk Urea Outlet Reaktor .............................. 25 4.3.4 Optimasi Rasio N/C Pada Proses Sintesa Urea ................................................... 27 4.3.5 Evaluasi Reaktor (2-R-201) dengan Menggunakan Program Simulasi Berdasarkan Data Aktual ............................................................................................. 29 BAB V PENUTUP .............................................................................................................. 33 5.1 Kesimpulan ................................................................................................................ 33 5.2 Saran .......................................................................................................................... 33 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 35

vi Departemen Teknik Kmia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kalimantan Timur

DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 spesifikasi produk urea prill pabrik Kaltim-3 ....................................................... 3 Tabel 4. 1 data material balance setiap stream .................................................................... 17 Tabel 4. 2 peralatan pabrik dan peralatan dalam model simulasi ........................................ 18 Tabel 4. 3 komposisi komponen stream hasil simulasi (kmol/day) .................................... 20 Tabel 4. 4 perhitungan galat hasil simulasi dengan data material balance (kmol/day) ....... 21 Tabel 4. 5 parameter level dalam reaktor ............................................................................ 30 Tabel 4. 6 data pengoperasian pabrik pada unit sintesa urea............................................... 31 Tabel 4. 7 hasil simulasi data aktual .................................................................................... 31

vii Departemen Teknik Kmia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kalimantan Timur

DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 proses sintesa urea ............................................................................................ 4 Gambar 2. 2 pengaruh rasio N/C terhadap yield urea ......................................................... 13 Gambar 2. 3 pengaruh rasio H/C terhadap yield urea ......................................................... 13 Gambar 2. 4 pengaruh suhu terhadap konversi kesetimbangan .......................................... 14 Gambar 4. 1 Main Flowsheet model simulasi ..................................................................... 19 Gambar 4. 2 Profil rasio H/U vs konversi CO2 ................................................................... 22 Gambar 4. 3 rasio konversi CO2 pada berbagai N/C .......................................................... 23 Gambar 4. 4 profil konversi NH3 vs rasio N/C ................................................................... 24 Gambar 4. 5 profil rasio N/C terhadap wt urea outlet reaktor ............................................. 25 Gambar 4. 6 profil rasio N/C terhadap %mol urea outlet reaktor ....................................... 26 Gambar 4. 7 optimasi rasio N/C berdasarkan konversi CO2 dan NH3 ............................... 28 Gambar 4. 8 optimasi rasio N/C berdasarkan berat urea dan fraksi mol outlet reaktor ..... 29 Gambar 4. 9 perbandingan konversi reaktor pada berbagai kondisi ................................... 30

viii Departemen Teknik Kmia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kalimantan Timur

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Urea adalah senyawa organik yang tersusun 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, yang akhirnya meruntuhkan konsep vitalisme. Proses pembentukan urea merupakan hasil reaksi antara ammonia (NH3) dan karbon dioksida (CO2). Pabrik Urea Kaltim-3 menggunakan Stamicarbon B.V., Geleen, Belanda dengan memanfaatkan Ammonia cair dan CO2 yang diproduksi oleh unit Ammonia Kaltim- 3. Secara garis besar proses pembuatan urea terbagi menjadi beberapa unit penting yaitu, persiapan bahan baku, sintesa, resirkulasi, evaporasi, prilling dan finishing. Pada pabrik urea Kaltim-3 sintesa urea dilakukan dengan menggunakan 4 alat utama yaitu HPCC (High Pressure Carbamat Condenser), Reactor, HP Stripper, dan HP Scrubber, 4 alat utama ini membentuk suatu resirkulasi yang dinamakan synthesis loop. Pada proses sintesa terdapat beberapa variable yang dapat mempengaruhi produksi urea seperti, rasio N/C fas gas, rasio N/C fase cair, rasio H/C, serta suhu dan tekanan. Pabrik urea Kaltim-3 telah beroperasi sejak tahun 1989, maka dari itu seiring berjalannya waktu diperlukan suatu evaluasi terhadap kinerja unit sintesa urea sekaligus menentukan kondisi optimum dari variable-variabel yang mempengaruhi produksi urea.

1.2 Rumusan Masalah Unit sintesa ialah suatu unit yang penting dalam proses pembuatan urea. Dalam tugas khusus ini permasalahan yang diangkat ialah mensimulasikan unit sintesa urea pada pabrik urea Kaltim-3. Serta melakukan pra evaluasi reaktor urea pada berbagai variabel penting yang mempengaruhi proses sintesa urea dengan menggunakan program simulasi.

1 Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kalimantan Timur

1.3 Ruang Lingkup Batasan masalah yang ditinjau untuk menyelesaian tugas khusus ini ialah: 1. Neraca massa dan neraca energi di unit sintesa urea pada pabrik Kaltim-3. 2. Simulasi pengaruh variabel yang berpengaruh pada unit sintesa urea 3. Mempelajari pengaruh rasio N/C terhadap peforma reaktor urea

1.4 Tujuan 1. Mensimulasikan proses sintesa urea pabrik PKT Kaltim-3 dengan menggunakan program simulasi 2. Mengevaluasi dan menganalisa kondisi optimum dari berbagai variabel yang berpengaruh dalam proses sintesa urea. 3. Pra-Evaluasi reaktor urea (2-R-201).

1.5 Manfaat Manfaat dari penulisan tugas khusus ini adalah dapat mengetahui pengaruh perubahan berbagai variabel terhadap produk keluaran unit sintesa sehingga dapat dijadikan pertimbangan dalam pengoperasian pabrik urea Kaltim-3.

2 Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kalimantan Timur

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Unit urea merupakan salah satu bagian dari Departemen Operasi Pabrik-3 yang bertugas untuk memproduksi urea prill. Pabrik urea Pabrik-3 dirancang dengan kapasitas produksi sebesar 1.725 ton/hari urea prill. Proses yang digunakan pada pabrik urea Pabrik3 adalah total recycle CO2 stripping dari STAMICARBON B.V., Geleen, Belanda. Bahan baku pembuatan urea adalah ammonia dan CO2. Kemurnian NH3 adalah 99,99% berat disuplai dar...