Rencana Pembelajaran Semester (RPS) mata kuliah Alat Industri Kimia (AIK) dirancang untuk membekali mahasiswa S1 Teknik Kimia dengan pemahaman mendalam tentang prinsip kerja, kriteria pemilihan (design & selection), serta operasi alat-alat proses kimia.
Prasyarat: Azas Teknik Kimia, Termodinamika Teknik Kimia, Peristiwa Perpindahan (Transport Phenomena)
Capaian Pembelajaran Mata Kuliah (CPMK)
- Mampu mengidentifikasi dan mengklasifikasikan berbagai jenis peralatan industri kimia.
Mampu menganalisis prinsip kerja dan persamaan dasar transfer massa, panas, serta momentum pada alat proses.
Mampu melakukan perhitungan dimensi dasar dan menentukan spesifikasi teknis peralatan industri kimia.
Mampu memilih jenis peralatan yang tepat berdasarkan karakteristik bahan dan kondisi proses.
Perkuliahan :
Pertemuan 1 : (Bintang)
Pengantar & Klasifikasi AIK
Peran AIK dalam flowsheet industri kimia, kriteria pemilihan bahan konstruksi (material of construction).
Pertemuan 2 : (Dhimas)
Alat Transportasi Fluida : Pompa (sentrifugal, positive displacement), dan perhitungannya.
Pertemuan 3 : (Fani, Levi)
Alat Transportasi Fluida : Kompresor, blower, fan, dan perhitungannya.
Pertemuan 4 : (Dinda, Ice)
Alat Penyimpanan & Penanganan Padatan : Tangki penyimpanan fluida (tekanan atmosferik & bertekanan), silo, hopper.
Pertemuan 5 : (Bya)
Alat Penyimpanan & Penanganan Padatan : Conveyor (belt, screw, bucket elevator)
Pertemuan 6 : (Marsa)
Alat Pengurangan Ukuran (Size Reduction) : Crusher, mill, grinder, serta kriteria seleksi berdasarkan sifat mekanik bahan.
Pertemuan 7 : (Ananda)
Alat Pemisahan Mekaniks : Screen, cyclone, bag filter, centrifuge, dan pemisah gravitasi (settling tank).
Pertemuan 8 :
Alat Penukar Panas (Heat Exchangers) : Shell & tube, plate heat exchanger
Pertemuan 9 :
Alat Penukar Panas (Heat Exchangers) : Reboiler, kondensor, dan pendingin (coolers).
Pertemuan 10 :
Alat Evaporasi : Single/multiple effect evaporator, crystallizer jenis batch dan kontinu.
Pertemuan 11 :
Kristalisasi : Crystallizer jenis batch dan kontinu.
Pertemuan 12 :
Alat Pemisahan Kontak Fasa : Kolom distilasi, kolom absorpsi/stripping, dan pemilih penyeleksi tray vs packing.
Pertemuan 13 :
Alat Pengeringan (Dryers) : Spray dryer, rotary dryer, tray dryer, dan kesetimbangan kelembapan.
Pertemuan 14 :
Integrasi Alat & Keselamatan Operasi : Aspek keselamatan (HAZOP dasar), piping and instrumentation diagram (P&ID).
Pengumpulan Tugas PPT
Daftar Pustaka :
Buku Teks Utama (Buku Wajib)
Coulson, J. M., & Richardson, J. F. (2019). Coulson and Richardson's Chemical Engineering: Volume 6 - Chemical Engineering Design (6th ed.). Butterworth-Heinemann.
(Buku rujukan utama untuk perancangan, pemilihan, dan spesifikasi teknis berbagai peralatan industri kimia).
Sinnott, R., & Towler, G. (2020). Chemical Engineering Design: Principles, Practice and Economics to Plant and Process Design (6th ed.). Butterworth-Heinemann.
(Buku acuan standar internasional untuk analisis dan kriteria pemilihan alat industri).
McCabe, W. L., Smith, J. C., & Harriott, P. (2005). Unit Operations of Chemical Engineering (7th ed.). McGraw-Hill Education.
(Sangat baik untuk memahami prinsip kerja operasional unit pemisahan, pengeringan, dan perpindahan bahan).
Buku Pendukung Spesifik Alat & Operasi
Kern, D. Q. (1965). Process Heat Transfer. McGraw-Hill Education.
(Rujukan klasik yang sangat detail khusus untuk evaluasi dan perancangan alat penukar panas / Heat Exchanger).
Perry, R. H., & Green, D. W. (2019). Perry's Chemical Engineers' Handbook (9th ed.). McGraw-Hill Education.
(Handbbook wajib untuk melihat data properti bahan, konstanta fisik, serta grafik performa peralatan).
Walas, S. M. (1990). Chemical Process Equipment: Selection and Design. Butterworth-Heinemann.
(Sangat praktis untuk menentukan dimensi dasar, pemilihan tipe alat, dan kriteria komersial).
Geankoplis, C. J. (2003). Transport Processes and Separation Process Principles (4th ed.). Prentice Hall.
(Membahas prinsip fenomena perpindahan yang melandasi operasi pompa, kolom absorpsi, distilasi, dan membran).
=====================================================================
Peran Alat Industri Kimia dalam Flowsheet (Process Flow Diagram - PFD)
Fungsi Alat Utama:
Persiapan & Penanganan Bahan (Material Handling): Mengatur laju alir, tekanan, dan fase bahan (Pompa, Kompresor, Conveyor, Tangki Penyimpan).
Pemisahan Termo-Mekanis (Unit Operations): Memisahkan campuran berdasarkan sifat fisika (Kolom Distilasi, Absorber, Ekstraktor, Kristalisator, Filter).
Reaksi Kimia (Unit Processes): Tempat terjadinya transformasi molekul (Reaktor Tangki Berpengaduk/CSTR, Reaktor Pipa/PFR, Reaktor Katalitik).
Penukar Panas (Heat Exchangers): Mengatur energi/suhu sistem (Heater, Cooler, Boiler, Condenser).
Kriteria Pemilihan Bahan Konstruksi (Material of Construction / MOC)
Pemilihan material yang tepat bertujuan menjamin keselamatan proses, memperpanjang umur alat, dan mengoptimalkan biaya.
Jenis Material yang Sering Digunakan
| Jenis Material | Karakteristik Utama | Contoh Pengaplikasian |
| Carbon Steel (Baja Karbon) | Murah, kuat, mudah difabrikasi, korosif terhadap asam. | Tangki minyak, pipa air, reaktor non-korosif. |
| Stainless Steel (304, 316) | Tahan korosi (karena lapisan oksida kromium), lebih mahal. | Reaktor organik, peralatan makanan/farmasi, asam lemah. |
| Logam Khusus (Titanium, Nickel/Haselloy) | Sangat tahan korosi & suhu sangat tinggi, sangat mahal. | Penanganan zat asam kuat (HCl, HNO3), fluida bersuhu tinggi. |
| Non-Logam (Polimer, FRP, Keramik) | Ringan, tahan zat kimia tertentu, batas suhu rendah. | Pipa asam/basa, pelapis (lining) tangki penyimpanan.
|
Soal 1
Analisis Hirarki dan Fungsi Alat dalam Flowsheet
Dalam sebuah Process Flow Diagram (PFD) pabrik pembuatan Etil Asetat dari Asam Asetat dan Etanol, terdapat berbagai jenis unit peralatan utama.
Kelompokkan alat-alat utama yang ada dalam pabrik tersebut ke dalam 4 kategori fungsi utama dalam unit operasi (Fluids Handling, Heat Transfer, Mass Transfer/Separation, Chemical Reaction).
Jelaskan bagaimana kegagalan operasional pada salah satu alat pemisahan (Distillation Column) dapat mengganggu neraca massa dan energi pada unit alat di hilir (downstream) maupun hulu (upstream).
Soal 2
Evaluasi Kriteria Pemilihan Material Konstruksi
Dalam memilih Material of Construction (MoC) untuk reaktor kimia bernilai tinggi, seorang Chemical Process Engineer harus mempertimbangkan 3 aspek utama: Ketahanan Kimia, Sifat Mekanis/Termal, dan Ekonomi/Fabrikasi.
Jelaskan perbedaan fenomena korosi lokal Pitting Corrosion dan Stress Corrosion Cracking (SCC). Mengapa kedua fenomena ini sangat berbahaya jika terjadi pada reaktor bertekanan tinggi?
Mengapa pertimbangan Capital Cost (biaya investasi awal material) tidak boleh menjadi satu-satunya parameter tunggal dalam menentukan material reaktor? Hubungkan penjelasan Anda dengan konsep Lifetime Cost / Total Cost of Ownership.
Soal 3
Transisi dari PFD ke P&ID dan Pemilihan Material Pipaan
Pada tahap perancangan Piping & Instrumentation Diagram (P&ID), pemilihan material perpipaan (Piping Class/Specification) dilakukan secara terperinci.
Sebutkan 3 informasi krusial terkait sifat fluida dan kondisi operasi yang wajib ada pada Equipment Spec Sheet sebelum seorang Piping Engineer memilih MoC pipa!
Mengapa fluida cryogenic seperti Nitrogen Cair ($-196^\circ\text{C}$) dilarang keras dialirkan menggunakan pipa berbahan dasar Carbon Steel, dan material apa yang seharusnya digunakan? Jelaskan ditinjau dari perubahan sifat mekanis material tersebut!
===============================================================================
Pompa
Soal 1
Dalam kondisi operasi seperti apa Anda akan memilih menggunakan pompa positive displacement dibandingkan pompa sentrifugal?
Soal 2
Apa yang dimaksud dengan Net Positive Suction Head Available (NPSH_A) dan mengapa parameter ini sangat penting diperhatikan dalam perancangan sistem pemompaan?
Soal 3
Fenomena apakah yang akan terjadi jika NPSH A lebih kecil daripada NPSH R (Required), dan sebutkan dampak negatifnya terhadap pompa!
Soal 4
Air dipompa dari tangki penampung terbuka di bawah menuju tangki bertekanan di atas melalui pipa besi sepanjang 50 meter dengan diameter konstan 0.05 meter
- Ketinggian permukaan tangki atas adalah 10 meter di atas tangki bawah.
- Laju alir massa air adalah 10 kg/s
- Total kerugian gesek (friction losses, hf) di dalam pipa dan komponen fitting diperkirakan sebesar 3.5 J/kg
- Tekanan di permukaan tangki bawah adalah 1 atm dan di tangki atas adalah 2 atm, di mana 1 atm sebanding 101,325 Pa
Gunakan Persamaan Bernouli yang dimodifikasi (Neraca Energi Mekanik) untuk menghitung Total Head Pompa (H) dalam satuan meter fluida ( J/kg atau m).
===============================================================================================
Pertemuan ke-3
1.) Jelaskan perbedaan mendasar antara fan, blower, dan kompresor berdasarkan batasan rasio tekanan (pressure ratio) dan kenaikan tekanan (pressure rise) yang dihasilkan. Berikan masing-masing satu contoh aplikasinya di industri proses kimia!
2.) Bandingkan prinsip kerja antara kompresor sentrifugal dan kompresor aksial. Pada kondisi operasi seperti apa sebuah pabrik kimia harus memilih kompresor aksial dibandingkan kompresor sentrifugal? Jelaskan kelebihan dan kekurangan utamanya
3.) Apa yang dimaksud dengan fenomena surging dan choking pada operasional kompresor? Jelaskan apa penyebab utama terjadinya kedua fenomena tersebut dan bagaimana dampaknya terhadap keandalan mekanis alat serta sistem perpipaan di sekitarnya.
4.) Definisikan apa yang dimaksud dengan efisiensi adiabatik (isentropik) dan efisiensi mekanis pada sebuah kompresor. Bagaimana kedua efisiensi ini mempengaruhi total daya listrik yang harus disuplai ke motor penggerak (driver)?
5.) Udara (M = 28,97 g/mol, kapasitas panas spesifik k = 1,4) masuk ke dalam sebuah kompresor pada suhu 25 derajad Celsius dan tekanan 100 kPa dengan laju alir massa kg/s. Gas dikompresi secara politropik dengan indeks n = 1,25 hingga tekanan akhir 800 kPa
- Tentukan suhu gas keluar kompresor (T2).
- Hitung daya poros (shaft power) yang diperlukan jika efisiensi politropik keseluruhan dianggap 82%.
==========================================================================================
