laporan khusus kerja praktik pt. asahimas chemical
Post on 30-Jul-2015
1.683 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
TK 4090 KERJA PRAKTIK
PT. ASAHIMAS CHEMICAL
ANALISIS MODIFIKASI PROSES UNIT RECOVERY VCM
PADA PLANT PVC-2
Oleh:
Muhamad Reda Galih Pangestu
13008061
Pembimbing:
Dr. Mubiar Purwasasmita
Sigit Wijayanto, S.T.
SEMESTER I-2012/2013
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2012
i
LEMBAR PENGESAHAN
Nama : Muhamad Reda Galih Pangestu
NIM : 13008061
Tempat Kerja Praktik : PT. Asahimas Chemical
Tanggal Mulai Kerja Praktik : 1 Juni 2012
Tanggal Akhir Kerja Praktik : 29 Juni 2012
Telah diperiksa dan disetujui oleh,
Dosen Pembimbing Pembimbing Tugas Khusus
Nama : Dr. Mubiar Purwasasmita Nama : Sigit Wijayanto
Tanda Tangan Tanda Tangan
Tanggal : ....................................... Tanggal : .........................
Process Engineering Manager
PT. Asahimas Chemical
Nama : Hasnul Arifin
Tanda Tangan
Tanggal : .......................................
CATATAN/KOMENTAR
ii
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... i
DAFTAR ISI ....................................................................................................... ii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... iv
DAFTAR TABEL ............................................................................................... v
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah........................................................................... 1
1.3 Tujuan ............................................................................................ 2
1.4 Ruang Lingkup ............................................................................... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 3
2.1 Aliran Laminar dan Turbulen .......................................................... 3
2.2 Hilang Tekan dan Friction Factor pada Pipa................................... 3
2.3 Siklon ............................................................................................. 5
2.4 Control Valve ................................................................................. 5
2.5 Heat exchanger ............................................................................... 7
BAB III METODE PELAKSANAAN TUGAS KHUSUS ................................... 8
3.1 Metode Pelaksanaan ....................................................................... 8
3.2 Diagram Alir Proses Pemodelan ..................................................... 8
3.3 Validasi Model Menggunakan Data Aktual ..................................... 9
3.4 Perhitungan Hilang Tekan dari Reaktor hingga Gas Holder ............ 9
3.5 Perhitungan Laju Alir pada Control Valve ...................................... 9
3.6 Analisis Kemampuan Heat Exchanger ............................................ 9
3.7 Penentuan Kondisi dan Spesifikasi Instrumen Modifikasi ............. 10
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 11
4.1 Model dan Pendekatan .................................................................. 11
4.2 Validasi Model Menggunakan Data Aktual ................................... 12
iii
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
4.3 Analisis Control Valve .................................................................. 15
4.4 Analisis Kemampuan Heat exchanger .......................................... 16
4.5 Analisis Hidrodinamika Modifikasi Proses ................................... 18
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................. 20
5.1 Kesimpulan .................................................................................. 20
5.2 Saran ............................................................................................ 20
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 21
LAMPIRAN A .................................................................................................. 22
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Karakteristik Hubungan %-travel dan %Cv-value (Sumber: Azbil
Spesification) .................................................................................. 6
Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Pemodelan Unit Recovery Plant PVC-2 .......... 8
Gambar 4.1 Diagram Alir Proses Simulasi CHEMCAD.................................... 11
Gambar 4.2 Profil Tekanan (a) dan Laju Alir (b) pada Reaktor setiap Waktu
Berdasarkan Perhitungan ............................................................... 13
Gambar 4.3 Perhitungan Bukaan Control Valve dengan Menggunakan Software
CHEMCAD................................................................................... 14
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kekasaran Pipa (Sumber: Coulson & Richardson, 2005) ...................... 4
Tabel 2.2 Friction Loss untuk Aliran Turbulen pada Valve dan Sambungan
(Fitting) ............................................................................................... 4
Tabel 4.1 Kondisi Gas VCM sebagai Umpan ..................................................... 11
Tabel 4.2 Hilang Tekan pada Instrumen Proses Recovery ................................... 13
Tabel 4.3 Spesifikasi Siklon pada Plant PVC-2 PT. ASC ................................... 15
Tabel 4.4 Perhitungan Ulang Laju Alir Control Valve ........................................ 15
Tabel 4.5 Perhitungan Bukaan Control Valve dengan Laju Alir dibuat 1500
Nm3/jam ............................................................................................ 16
Tabel 4.6 Perhitungan Ulang Kemampuan HE-6301 .......................................... 17
Tabel 4.7 TEMA Specsheet Pengecekan Kemampuan Heat exchanger .............. 18
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Produksi Poly Vinyl Chloride (PVC) merupakan produksi utama PT.
Asahimas Chemical. Salah satu seksi/bagian yang harus dilewati dalam produksi
PVC ini adalah seksi recovery Vinyl Chloride Monomer (VCM). Dalam seksi
recovery ini, gas VCM dari tangki gas holder yang bertekanan sekitar 200
mmH2O akan dikompresi dengan 2 buah kompresor agar tekanan menjadi 6
kg/cm2G kemudian masuk ke Heat exchanger untuk didinginkan dan diubah ke
fasa cair. VCM cair lalu ditampung di R-VCM Tank untuk selanjutnya digunakan
sebagai campuran VCM fresh yang akan menjadi bahan baku reaksi polimerisasi
VCM menjadi PVC.
Gas VCM yang masuk ke dalam gas holder berasal dari berbagai sumber,
yaitu dari Reaktor Polimerisasi, Tray Column Demonomerisasi, dan juga dari
Tangki Blowdown. Khusus gas VCM yang berasal dari reaktor polimerisasi, gas
VCM keluar dari reaktor pada tekanan sekitar 5 – 8 kg/cm2G. Selama ini proses
berlangsung dengan mengalirkan gas VCM bertekanan tinggi ini ke gas holder
yang bertekanan rendah (200 mmH2O) kemudian mengkompresnya lagi ke
tekanan tinggi (6 kg/cm2G) untuk masuk ke heat exchanger. Terdapat pemikiran
bahwa kenapa tidak dialirkan langsung saja gas VCM keluaran reaktor ke heat
exchanger tanpa melalui gas holder dan kompresor. Jika hal ini memungkinkan,
volume gas VCM di gas holder pasti akan berkurang, gas holder yang ada
masing-masing satu di tiap plant (PVC-1, 2, dan 3) bisa saja menjadi 2 atau
bahkan 1. Dengan berkurangnya pemakaian alat, khususnya gas holder, biaya
maintenance akan berkurang. Selain itu, VCM merupakan gas yang berbahaya
bagi lingkungan, dengan mengurangi penampungan gas ini, persentase gas VCM
yang terbuang ke lingkungan bisa jauh berkurang.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang muncul untuk melakukan modifikasi pengaliran
langsung gas VCM dari reaktor ke heat exchanger antara lain:
2
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
1. Berapakah hilang tekan gas VCM dari reaktor menuju gas holder?
2. Apakah tekanan keluaran gas VCM dari control valve masih cukup
besar untuk dialirkan langsung menuju heat exchanger?
3. Dengan beda tekan yang ada, dapatkah gas VCM yang dialirkan dalam
jumlah sama memiliki waktu yang sama pula?
4. Masih mampukah heat exchanger mendinginkan dan mencairkan gas
VCM dengan adanya penambahan laju alir masa gas VCM yang masuk?
1.3 Tujuan
Tugas khusus ini dilakukan dengan tujuan menganalisis kemungkinan gas
VCM dari Reaktor untuk dialirkan langsung ke heat exchanger tanpa melalui gas
holder, kemudian menentukan syarat kondisi gas VCM dan spesifikasi instrumen
yang akan digunakan untuk instalasi modifikasi.
1.4 Ruang Lingkup
Ruang lingkup pengerjaan tugas khusus ini adalah aliran gas VCM yang
berasal dari reaktor polimerisasi PVC plant-2 yang menuju gas holder hingga
heat exchanger. Besaran yang diperhatikan meliputi laju alir gas, hilang tekan
pada instrumen (Siklon, valve, fitting).
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Aliran Laminar dan Turbulen
Fluida yang mengalir dalam pipa dibedakan menurut besar bilangan
Reynoldnya yaitu laminar dan turbulen. Bilangan Reynold ini dipengaruhi oleh
diameter pipa, kecepatan fluida, densitas fluida, dan viskositas fluida. Hubungan
parameter ini terhadap besar Bilangan Reynold ditunjukkan oleh Persamaan 2.1.
Dimana NRe = Bilangan Reynold,
D = diameter dalam pipa, m
ρ = densitas fluida, kg/m3
v = kecepatan fluida, m/s
μ = viskositas fluida, m/s
Untuk pipa standar, jika nilai bilangan Reynold kurang dari 2100, maka
aliran tersebut selalu laminar. Sedangkan jika nilainya lebih dari 4000, aliran
fluida akan selalu turbulen, kecuali pada kasus yang sangat khusus. Nilai diantara
itu disebut juga transisition region. (Geankoplis, 1993).
2.2 Hilang Tekan dan Friction Factor pada Pipa
Hilang tekan pada pipa, selain tergantung pada gesekan (friction),
dipengaruhi juga oleh laju alir, densitas dan viskositas fluida, diameter, kekasaran
dan panjang pipa. Persamaan dasar untuk kondisi aliran isotermal di dalam pipa
(temperatur konstan) ditunjukkan oleh Persamaan Fanning (Persamaan 2.2).
(
)
Dimana ΔPf = hilang tekan, N/m2
f = fanning friction factor,
L = panjang pipa, m
Di = diameter dalam pipa, m
ρ = densitas fluida, kg/m3
4
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
u = kecepatan fluida, m/s
Fanning friction factor sendiri ditentukan oleh bilangan Reynold dan
kekasaran pipa (pipe roughness). Kekasaran pipa tentunya ditentukan oleh
material penyusunnya. Tabel 2.1 menunjukkan jenis material pipa dan nilai
kekasarannya.
Tabel 2.1 Kekasaran Pipa (Sumber: Coulson & Richardson, 2005)
Material Absolute roughness, mm
Drawn tubing 0.0015
Comercial steel pipe 0.046
Cast iron pipe 0.26
Concrete pipe 0.3 to 3.0
Dengan mengetahui nilai bilangan Reynold dan kekasaran pipa, friction
factor (f) dapat ditentukan dengan membaca grafik. Grafik dapat dilihat pada buku
referensi Coulson & Richardson’s Chemical Engineering Series 4th
edition
halaman 203.
Tidak hanya pada pipa, friction loss aliran juga terjadi pada sambungan-
sambungan (fittings) dan juga valve yang terdapat pada pipa. Tabel 2.2
menunjukkan data jenis sambungan pipa berikut frictional loss-nya.
Tabel 2.2 Friction Loss untuk Aliran Turbulen pada Valve dan Sambungan (Fitting)
5
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
2.3 Siklon
Siklon adalah alat yang digunakan untuk memisahkan kotoran (fasa padat)
dari produk utama (fasa gas), prinsip kerja siklon adalah dengan memanfaatkan
momenton balance dari kedua komponen.
Hilang tekan pada siklon dapat dihitung dengan persamaan yang ditemukan
oleh Dirgo (1988):
dimana:
ΔP : hilang tekan pada siklon (Pa)
ρg : densitas gas (kg/m3)
vg : kecepatan gas (m/s)
dan Hv dapat dihitung sebagai berikut (Dirgo, 1988; Ramachandran et al.,
1991)
(
){
( )
(
)(
)(
)}
Dimana:
D : diameter siklon (m)
W : lebar inlet (m)
H : tinggi inlet (m)
S : panjang vortex finder (m)
Lb : panjang badan siklon (m)
Lc : panjang kerucut (m)
De : diameter gas keluar (m)
Dd : diameter partikel keluar (m)
2.4 Control Valve
Perhitungan laju alir fluida yang melalui control valve dapat dihitung
dengan berbagai persamaan. Jika selisih tekanan upstream dan tekanan
downstream kurang dari atau sama dengan setengah dari tekanan upstream, rumus
yang digunakan adalah persamaan 2.5. Akan tetapi, apabila selisih tekanan
6
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
upstream dan downstream justru lebih besar daripada setengah dari tekanan
upstream, maka persamaan 2.6 yang harus digunakan.
√
√
Dimana Cv = Valve flow coefficient
V = laju alir fluida, Nm3/jam
G = spesific gravity
t = temperatur, 0C
P1 = tekanan upstream, kg/cm2abs
P2 = tekanan downstream, kg/cm2abs
Nilai Cv yang digunakan pada persamaan juga perlu mempertimbangkan %-
value yang dipengaruhi oleh %-travel. Terdapat 2 karakteristik, yaitu linear dan
logaritmik. Hubungan %-travel dengan %-value Cv ditunjukkan oleh Gambar 2.1.
(a) (b)
Gambar 2.1 Karakteristik Hubungan %-travel dan %Cv-value (a) logaritmik; (b) linear
(Sumber: Azbil Spesification)
7
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
2.5 Heat exchanger
Heat exchanger (alat penukar panas) berfungsi untuk
menaikkan/menurunkan temperatur komponen bahkan mengubah fasanya dengan
memanfaatkan perbedaan energi kalor yang terkandung pada kedua komponen.
Kemampuan heat exchanger dalam menjalankan fungsinya setidaknya
ditentukan oleh laju alir masa komponen yang masuk, temperatur masukan
komponen, panas laten komponen, dan fouling resistance baik pada shell maupun
tube (dalam kasus tipe shell and tube). Sedangkan pengecekan kemampuan alat
ini dapat dilihat pada transfer rate service dan actualnya. Ada 3 kelompok
transfer rate, yaitu transfer rate service, actual, dan clean (Uservice, Uactual, Uclean).
Actual transfer rate sering juga disebut dirty transfer rate. Perhitungan Uservice
memasukkan besaran fouling factor sedangkan Uclean tanpa mempertimbangkan
fouling factor. Jika transfer rate service lebih rendah daripada transfer rate actual
maka alat penukar panas tersebut dapat digunakan. Selisih perbedaan transfer rate
disebut juga excess/over design, besar over design ini direkomendasikan antara 10
– 20% (Jim Lang, 2000).
8
BAB III
METODE PELAKSANAAN TUGAS KHUSUS
3.1 Metode Pelaksanaan
Tugas khusus ini dilaksanakan dengan membuat pemodelan masalah di
lapangan pada software. Data dari lapangan dikumpulkan dan dihitung ulang
kesesuaiannya (rating) baik secara manual maupun dengan menggunakan
software, kemudian usulan pengubahan ditambahkan dan disimulasikan kembali.
Software yang digunakan adalah CHEMCAD 5.5 milik PT. Asahimas Chemical.
3.2 Diagram Alir Proses Pemodelan
Diagram alir proses kondisi awal (garis biru) pada Plant PVC-2 unit
recovery dan usulan kondisi jika dimodifikasi (garis hijau) diperlihatkan pada
Gambar 3.1.
GAS HOLDER
Dari RE K ~ N
Dari Demonomer Column Stage Tower (TW)
Dari Blowdown Tank A and B
CO-1 CO-2
HE-1HE-2
HE-3
R-VCM TANK
WRR
ke RE K ~ N
WRS
WCS masuk
WCS keluar
DECANTER
Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Pemodelan Unit Recovery Plant PVC-2
9
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
3.3 Validasi Model Menggunakan Data Aktual
Data dari lapangan dan control room dikumpulkan untuk dicek kembali
dengan perhitungan baik secara manual maupun menggunakan software. Data
yang diambil terutama laju alir gas VCM, tekanan keluar dari reaktor tiap waktu,
termasuk dimensi pipa dan spesifikasi peralatan yang tersambung pada pipa
(control valve, siklon, dll.).
3.4 Perhitungan Hilang Tekan dari Reaktor hingga Gas Holder
Perjalanan gas VCM dari reaktor hingga gas holder melewati berbagai
peralatan, meliputi pipa, elbow, valve, siklon, control valve, dll. Setiap peralatan
tersebut menaruh pengaruh pada hilang tekan yang dialami gas VCM. Dengan
menghitung besar hilang tekan total yang dialami gas VCM dan adanya data
tekanan awal, maka dapat diketahui tekanan final gas sesaat sebelum masuk di gas
holder. Tekanan final ini yang selanjutnya menentukan aliran masuk ke Heat
exchanger.
3.5 Perhitungan Laju Alir pada Control Valve
Control valve berfungsi untuk mengatur laju alir gas yang mengalir dari
reaktor ke gas holder. Instalasi pipa untuk mengalirkan gas VCM akan dipasang
setelah melewati control valve ini sehingga perlu dihitung laju alir keluar yang
dapat dihasilkan oleh control valve pada beda tekan yang ada setelah diketahui
spesifikasinya.
3.6 Analisis Kemampuan Heat Exchanger
Heat exchanger yang digunakan harus mampu mengubah VCM yang fasa
awalnya gas menjadi liquid. Alat penukar panas ini juga tentunya memiliki
spesifikasi seperti tekanan dan temperatur zat panas yang harus masuk serta
temperatur dan tekanan keluaran yang diinginkan. Jika tekanan zat terlalu rendah,
actual transfer rate akan lebih kecil dibanding service.
10
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
3.7 Penentuan Kondisi dan Spesifikasi Instrumen Modifikasi
Tahap ini merupakan tahap terakhir setelah semua analisis di atas terjawab
“iya”. Kondisi yang ditentukan antara lain tekanan minimal gas VCM yang keluar
baik dari reaktor maupun dari control valve, temperatur air pendingin yang masuk
ke heat exchanger hingga foulng resistance pada alat penukar panas. Sedangkan
spesifikasi instrumentasi meliputi diameter dan panjang pipa, beserta sambungan
yang akan digunakan.
11
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Model dan Pendekatan
Bahan baku masukan dan kondisi peralatan yang ada di lapangan meliputi
pipa, siklon, control valve berikut seluruh spesifikasinya di-input dan
disimulasikan pada sofware CHEMCAD. Simulasi dari software CHEMCAD
ditampilkan oleh Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Diagram Alir Proses Simulasi CHEMCAD
Gas VCM keluaran dari reaktor dengan sedikit pengotor berupa PVC serbuk
bertindak sebagai umpan. Kondisi umpan dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Kondisi Gas VCM sebagai Umpan
Parameter Nilai
Tekanan 7,8 kg/cm2G
Laju Alir 1500 Nm3/jam
Temperatur 54,8966 0C
Fraksi Berat 0,9999
Umpan melewati pipa 1, 2, 3, 8, 4, dan 5 dengan diameter yang bervariasi:
6, 8, 10, dan 14 inch. Umpan juga melewati siklon (no.7) dan control valve (no.6).
Tanda kuning pada control valve menunjukkan adanya critical flow yang terjadi
karena perbedaan tekanan masuk dan keluar control valve terlalu besar (dari 7,8
hingga 0,15 kg/cm2G). Menurut software CHEMCAD ini, tekanan keluaran
maksimal pada control valve yang diperbolehkan hanya 3,55 kg/cm2G. Sehingga,
12
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
simulasi ini menunjukkan bahwa jika umpan (gas VCM) masuk pada tekanan 7,8
kg/cm2G, produk (keluaran) akan bertekanan sekitar 3,55 kg/cm
2G. Data aktual
dari lapangan menunjukkan bahwa tekanan gas VCM sesaat sebelum masuk pada
gas holder seharusnya hanya sekitar 200 mmH2O (=0,02 kg/cm2). Selain karena
critical flow menurut software, perbedaan antara data perhitungan dengan data
lapangan ini dapat disebabkan oleh pengukuran tekanan gas VCM yang akan
masuk di gas holder tidak sejalur dengan gas VCM yang berasal dari reaktor
(yang dihitung).
4.2 Validasi Model Menggunakan Data Aktual
4.2.1 Profil Tekanan dan Laju Alir tiap Waktu
Pemodelan dan perhitungan yang disebutkan pada Subbab 4.1 menggunakan
asumsi bahwa profil tekanan dan laju alir menurun secara linear terhadap waktu
(steady). Akan tetapi, data di lapangan tentu tidak teratur, oleh sebab itu, perlu
disimulasikan penurunan tiap menit tekanan dan laju alir gas VCM pada reaktor.
Profil penurunan tekanan dan laju alir tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.2.
(a)
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Teka
nan
(kg/
cm2 G
)
Waktu (Menit)
13
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
Gambar 4.2 Profil Tekanan (a) dan Laju Alir (b) pada Reaktor setiap Waktu Berdasarkan
Perhitungan
Tekanan awal dan akhir ditentukan 7 dan 0,2 kg/cm2G dengan interval
waktu hingga 15 menit. Diinginkan pada menit ke 15 tekanan reaktor berada di
sekitar 0,2 kg/cm2G. Dapat dilihat bahwa baik profil tekanan maupun laju alir
memiliki karakteristik yang sama yaitu menurun secara dinamik (tidak linear).
4.2.2 Hilang Tekan dari Reaktor ke Gas Holder
Penghitungan hilang tekan yang dilakukan meliputi hilang tekan pada pipa
dan sambungan-sambungannya, pada siklon, dan juga pada control valve. Hasil
perhitungan ditunjukkan oleh Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Hilang Tekan pada Instrumen Proses Recovery
Parameter Hilang Tekan
(kg/cm2)
Pipa (termasuk fitting)
d = 6 in, L = 29 m 0,0081
d = 10 in, L = 74 m 0,0014
d = 14 in, L = 14 m 0,0002
Siklon 0,0032
Berdasarkan Tabel 4.2, besarnya hilang tekan pada pipa dan siklon terbilang
sangat kecil. Data aktual di lapangan menunjukkan bahwa seharusnya hilang
tekan dari reaktor ke control valve adalah 6,85 kg/cm2G dengan bukaan valve
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Laju
Alir
(m
3 /ja
m)
Waktu (menit)
14
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
30%. Pada control valve terdapat sedikit penyimpangan data antara spesifikasi
dari plant dan hasil perhitungan. Dengan laju alir masuk 1.500 Nm3/jam dan
spesifikasi valve menggunakan data aktual, (Cv = 420, bukaan 30%) bukaan
valve semestinya hanya 5,68%. Hasil simulasi perhitungan ini menggunakan
software CHEMCAD ditunjukkan oleh Gambar 4.3. Analisis lebih lanjut
mengenai control valve dijelaskan di subbab berikutnya.
Gambar 4.3 Perhitungan Bukaan Control Valve dengan Menggunakan Software CHEMCAD
Kecurigaan selanjutnya adalah pada siklon, bisa jadi siklon ini yang
menyebabkan tekanan yang masuk pada control valve berkurang. Jika benar
demikian, hilang tekan di siklon seharusnya jauh lebih besar. Oleh karena itu,
dihitung pula hilang tekan siklon secara manual dengan mengambil spesifikasi
aktual siklon yang dimiliki PT. Asahimas Chemical (Tabel 4.3).
15
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
Tabel 4.3 Spesifikasi Siklon pada Plant PVC-2 PT. ASC
Parameter Nilai Satuan
D 0,6 m
H 0,1524 m
W 0,1524 m
S 0,8 m
Lb 2,13 m
Lc 1,13 m
De 0,254 m
Dd 0,2032 m
Densitas VCM 22,972 kg/m3
g 9,81 m/s2
v in 3,5 m/s
Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.3) dan (2.4),
hasil perhitungan menghasilkan bahwa hilang tekan siklon adalah 0,006 kg/cm2G,
sekitar 2 kali lipat dari hasil simulasi, tetapi nilai ini masih terbilang kecil dan
tidak dapat dikatakan bisa mempengaruhi tekanan yang masuk pada control valve.
4.3 Analisis Control Valve
Seperti yang telah disinggung pada pembahasan hilang tekan di subbab
sebelumnya, control valve ini merupakan salah satu kunci permasalahan dalam
modifikasi proses yang akan dilakukan. Analisis pertama tentang control valve
adalah laju alirnya. Tabel 4.4 menunjukkan hasil perhitungan manual dengan
menggunakan 3 persamaan yang berbeda.
Tabel 4.4 Perhitungan Ulang Laju Alir Control Valve
%Travel %CV CV F1 (Nm3/jam) F2 (Nm
3/jam) F3 (Nm
3/jam)
33% 47% 197,4 15807,78 9886,16 13519,96
Perhitungan diatas dilakukan dengan acuan data aktual: Cv = 420, tekanan
upstream =5,86 kg/cm2G dan tekanan downstream = 0,15 kg/cm
2G. Diambil laju
alir yang paling kecil, yaitu 9886,16 Nm3/jam. Jika nilai ini dikonversi ke kg/jam
dan dikalikan dengan waktu pengaliran pada laju yang sama (11 menit) maka
massa gas VCM diperoleh sebesar 5053,93 kh (sekitar 5 ton), padahal menurut
16
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
data aktual di lapangan, massa gas VCM yang tidak beraksi menjadi PVC
maksimal adalah 4000 kg (4 ton). Hal ini tidak mungkin terjadi, artinya kesalahan
memang terletak pada koefisien laju valve (Cv) atau bukaan valve.
Analisis berikutnya tentang control valve adalah bukaannya. Dengan
menggunakan spesifikasi yang sama, tetapi laju alir dibuat agar 1500 Nm3/jam,
hasil perhitungan bukaan valve ditunjukkan oleh Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Perhitungan Bukaan Control Valve dengan Laju Alir dibuat 1500 Nm3/jam
Flow Flow Value
(Nm3/h)
CV %CV %Bukaan
Flow Calculation 1500 21,61 5% 5%
Berdasarkan Tabel 4.5 dapat dilihat bahwa bukaan valve seharusnya hanya
berkisar sekitar 5% untuk menghasilkan laju alir sebesar 1500 Nm3/jam. Akan
tetapi di control room bukaan yang terdeteksi adalah 20 – 30 %. Setelah
ditanyakan kembali kepada pihak Divisi Produksi PT. Asahimas Chemical, hal
seperti ini bisa saja terjadi. Memang pernah ada pengalaman bahwa control valve
telah dibuka 100% tetapi lajunya tetap kecil, ternyata setelah dibongkar, didalam
control valve tersebut terdapat scale (kerak) hasil akumulasi PVC halus yang
terbawa oleh Gas VCM dan tersangkut di valve.
4.4 Analisis Kemampuan Heat exchanger
Perlu diperiksa kembali sebenarnya bagaimanakah syarat umpan gas VCM
yang harus masuk ke dalam heat exchanger ini, apakah heat exchanger yang sama
akan mampu digunakan dengan adanya penambahan kapasitas massa komponen
yang masuk. Heat exchanger ini awalnya didesain untuk kapasitas aliran gas
VCM sebesar 2732 kg/jam. Untuk modifikasi, gas VCM yang masuk harus
memiliki laju alir 1600 Nm3/jam atau sebesar 4606,8 kg/jam. Tabel 4.6
menunjukkan perbandingan design dan recalculation design HE-6301.
17
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
Tabel 4.6 Perhitungan Ulang Kemampuan HE-6301
No Process Design Unit
HE-6301
Design Recalculation
Design
1 Flowrate
a. Shell (water) kg/h 40000 40000
b. Tube (VCM) kg/h 2732 2732
2 Temperature
a. Shell (in/out)
oC 30 / 37,5 30 / 35.12
b. Tubes (in/out)
oC 60 / 37,85 60 / 37.85
3 Pressure In
a. Shell kg/cm
2G 4 4
b. Tubes (in/out) kg/cm
2G 7 7
4 Latent heat of tube side (in/out) kcal/kg 105,21 / 104,77 69.65 / 69.65
5 Area M2 114,48 114,48
6 Heat Exchanged MM
kcal/h 0,3045 0,2062
7 Fouling Rate
0,0005
a. Shell
m2-hr-
C/kcal 0,000372 0,0002
b. Tubes (in/out)
m2-hr-
C/kcal 199,48 0,001
8 Transfer Rate Service kcal/m-
hr-C 200,34 103,57
9 Transfer Rate Actual kcal/m-
hr-C 0,34 230,84
10 Excess % 0,43 122,88
11 Pressure Drop
a. Shell (allow/calc) kgf/cm
2 1 / 0,1834 1 / 0,131
b. Tubes (allow/calc) kgf/cm
2 1 / 0,01 1 / 0,0074
Berdasarkan Tabel 4.6 dapat dilihat bahwa terdapat kesalahan desain pada
latent heat, setelah dikalkulasi ulang ternyata kalor laten (in/out) yang diperoleh
hanya 69,65/69,65 (dari semula 105,21/104,77), demikian pula untuk transfer rate
service dan excess-nya. Oleh karena itu, ada kemungkinan jika kapasitas
dinaikkan sekitar 2 kalinya, heat exchanger ini masih bisa digunakan walaupun
18
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
dengan excess yang tipis. Pengecekan ini dilakukan pada software, tampilan hasil
TEMA Spesification Sheet dapat dilihat pada Tabel 4.7.
Tabel 4.7 TEMA Specsheet Pengecekan Kemampuan Heat exchanger
Dengan penambahan laju alir massa yang masuk sebesar 4606,80 kg/jam
(awalnya 2732 kg/jam) ternyata heat exchanger ini masih dapat digunakan
(transfer rate actual > service) dengan beberapa catatan:
a. Air pendingin yang masuk bertemperatur 28 0C atau lebih rendah
b. Fouling Resistance pada tube maksimal 0,00117 m2-jam-C/kcal (perlu
dicek di lapangan aktualnya, walaupun nilai ini sudah lebih besar
dibandingkan desain awalnya, yaitu 0,0004 m2-jam-C/kcal)
c. Tekanan gas VCM yang masuk harus bertekanan minimal 6 kg/cm2G.
4.5 Analisis Hidrodinamika Modifikasi Proses
Tahap berikutnya adalah menentukan instalasi pipa baru yang akan dipasang
untuk menyalurkan gas VCM dari control valve menuju heat exchanger. Panjang
pipa yang dibutuhkan telah diukur langsung di lapangan, yaitu sekitar 50 meter.
Diameter pipa rekomendasi software penghitung heat exchanger awalnya adalah
3 in, akan tetapi setelah dicek ulang hilang tekan dengan diameter 3 in terbilang
cukup besar (0,356 kg/cm2G), sehingga dipilihlah diameter pipa 4 in. Sambungan
19
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
yang diperlukan antara lain 2 buah elbow 900
dan 1 buah elbow 450. Hilang tekan
total yang dihasilkan adalah 0,056 kg/cm2G sehingga tekanan keluaran valve
minimal adalah 6,056 kg/cm2G dan tekanan keluaran reaktor minimal yang bisa
langsung dialirkan ke Heat exchanger adalah 6,1 kg/cm2G.
20
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari penugasan ini adalah modifikasi proses
unit recovery VCM pada plant PVC-2 dapat dilakukan dengan beberapa catatan
syarat dan spesifikasi instrumen:
a. Air pendingin yang masuk pada heat exchanger minimal bertemperatur
280C
b. Fouling Resistance pada tube maksimal 0,00117 m2-jam-C/kcal
c. Tekanan gas VCM yang masuk harus bertekanan minimal 6 kg/cm2G.
d. Pipa yang digunakan untuk instalasi berdiameter 4 in dengan panjang 50
m dengan 2 buah elbow 900 dan 1 buah elbow 45
0.
e. Tekanan gas dari keluaran control valve minimal 6,056 kg/cm2G.
f. Tekanan gas keluaran reaktor minimal 6,1 kg/cm2G.
5.2 Saran
Berdasarkan analisis penugasan yang dilakukan, saran yang dapat diberikan
antara lain:
a. Perlu dicek kembali spesifikasi control valve baik koefisien maupun
bukaan aktualnya. Termasuk juga pengecekan adanya scale PVC pada
valve.
b. Fan cooling tower yang menyediakan air pendingin untuk heat exchanger
bila perlu diganti supaya tidak sering terjadi kerusakan yang
mengakibatkan naiknya temperatur air pendingin hingga 320.
c. Jika memang ada PVC serbuk yang tersangkut pada control valve, maka
kinerja siklon perlu dicek kembali.
21
DAFTAR PUSTAKA
Azbil. 2009. Top-Guided Single Seated Control Valve With Steam Jacket. Japan:
Yamatake Co.
G. Ramachandran and Dirgo, John, et.al. 1991. Cyclone Optimization Based on
New Empirical Model for Pressure Drop. University of North Carolina.
Geankoplis, Christie John. 2003. Transport Processes and Separation Process
Principles. New Jersey: Pearson Education.
Lang, Jim. 2000. Design Procedure for Heat Exchanger on The AspenPlus
Software.
Parcol. Handbook For Control Valve Sizing. Italy: Canegrate
Perry, Robert H. dan Dow W. Green. 2008. Perry Chemical Engineers’ Handbook
8th
edition. Amerika Serikat: McGraw-Hill.
Sinnott, R. K. 2005. Coulson & Richardson’s Chemical Engineering Design 4th
edition volume 6. Oxford: Elsevier Butterworth-Heinemann.
REF-VC1-0043. 1988. Equipment specification. VCM 1 DEPT.
22
LAMPIRAN A
DATA AKTUAL
A.1 Data Pipa
No.
Pipa
Diameter
(in)
Panjang
(m)
Valve Sambungan (fittings)
1 6 24 3 Ball valve 3 Tee,
5 Elbow 900,
1 Elbow 450
2 10 6 2 Ball valve 1 Tee,
2 Elbow 900
3 6 2,5 1 Gate valve 1 Reducer,
1 Elbow 900
8 6 2,5 - 1 Elbow 900
4 10 68 1 Ball valve 1 Tee
1 Reducer
9 Elbow 900
5 14 14 3 Butterfly 7 Tee
1 Elbow 900
1 Elbow 450
(*lihat nomor pipa pada gambar)
A.2 Data Control Valve
Cv = 420
Pupstream = 0,2 kg/cm2G
23
Laporan Khusus | M. Reda G. Pangestu (13008061)
Pdownstream = 0,15 kg/cm2G
Laju = 1500 Nm3/jam
Bukaan valve = 30%
A.3 Data Siklon
top related