prarancangan pabrik metil akrilat dari ...eprints.ums.ac.id/46923/34/naskah publikasi.pdf3 baku...
Post on 28-Dec-2019
26 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PRARANCANGAN PABRIK METIL AKRILAT DARI METANOL
DAN ASAM AKRILAT DENGAN PROSES ESTERIFIKASI
KAPASITAS 30.000 TON/TAHUN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Oleh :
WIRA YUDHA PERDANA
D 500 110 044
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
ii
iii
1
PRARANCANGAN PABRIK METIL AKRILAT DARI METANOL DAN
ASAM AKRILAT DENGAN PROSES ESTERIFIKASI
KAPASITAS 30.000 TON/TAHUN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Abstrak
Metil akrilat (CH2CHCOOCH3) adalah bahan kimia yang digunakan sebagai
bahan baku untuk produksi polimer (poliakrilat). Polimer ini digunakan sebagai
pembuatan cat (coating), bahan perekat, dan binder untuk industri kulit, kertas dan
tekstil serta bahan baku untuk kopolimer dari acrylic fiber. Bahan baku yang
digunakan pada proses produksi metil akrilat adalah asam akrilat dan metanol.
Metode yang digunakan dalam pembuatan metil akrilat adalah dengan esterifikasi
asam akrilat dan metanol dengan temperatur 80°C dan tekanan 1 atm dalam fase cair
yang direaksikan dalam reaktor alir tangki berpengaduk yang dipasang seri pada
kondisi isotermal.
Pabrik membutuhkan bahan baku asam akrilat sebesar 3750,00 kg/jam dan
metanol sebesar 3782,20 kg/jam. Sebagai katalis asam sulfat dibutuhkan sebanyak
1856,06 kg/jam dengan berat total air sebagai impuritas sebesar 81,44 kg/jam. Untuk
utilitas, total air yang digunakan sebanyak 497.248,88 kg/jam. Sedangkan untuk
bahan bakar dibutuhkan sebanyak 265,61 L/jam, listrik sebesar 178,33 kW dan
kebutuhan steam sebesar 20.049,23 kg/jam.
Pabrik direncanakan berdiri tahun 2020. Pabrik metil akrilat akan didirikan
dengan kapasitas 30.000 ton per tahun di kawasan industri Cilegon, Banten dan luas
tanah mencapai 5830 m2. Modal tetap pabrik atau yang disebut dengan fixed capital
investment (FCI) sebesar Rp. 484.524.262.835, sedangkan modal kerjanya sebesar
Rp. 97.547.781.740. Biaya produksi total per tahun adalah sebesar Rp.
393.230.689.964. Evaluasi ekonomi menunjukkan bahwa: percent return on
investment (ROI) sebelum pajak 24,21%, dan sesudah pajak 18,15%, pay out time
(POT) sebelum pajak 2,92 tahun dan sesudah pajak 3,55 tahun, break event point
(BEP) 50,05%, shut down point (SDP) 22,76%, dan discounted cash flow (DCF)
30,23%. Dari hasil data perhitungan evaluasi ekonomi, pabrik ini layak untuk
didirikan di Indonesia.
Kata kunci : metil akrilat, asam akrilat, 30.000 ton/tahun.
Abstract
Methyl acrylate (CH2CHCOOCH3) is a chemical used as a raw material for the
production of polymers (polyacrylate). These polymers are used as the manufacture
2
of paints (coatings), adhesives and binders for leather industry, paper and textiles as
well as raw materials for polymers of acrylic fiber. Raw materials used in the
production process of methyl acrylate is acrylic acid and methanol. The method used
in the manufacture of methyl acrylate is by esterification of acrylic acid and methanol
with a temperature of 80°C and a pressure of 1 atm in the liquid phase is reacted in a
stirred tank flow reactor mounted on a series of isothermal conditions.
The factory requires raw materials acrylic acid of 3750,00 kg/hour and
methanol amounted to 3782,20 kg/hour. Sulfuric acid as a catalyst is needed as much
as 1856,06 kg/hour with a total weight of water as an impurity of 81,44 kg/hour. For
utilities, the water used as 497,248,88 kg/hour. As for the fuel needed as much as
265.61 L/hour, amounting to 178,33 kW of electricity and steam needs of 20.049,23
kg/hour.
The factory is planned to stand 2020. Methyl acrylate plant will be established
with a capacity of 30,000 tons per year in the industrial estate in Cilegon, Banten and
a land area reaches 5830 m2. Fixed capital plant or it called as fixed capital
investment (FCI) Rp. 609.104.713.279, while the working capital of Rp.
116.281.332.356. Total production cost per year is Rp. 472.260.614.815. Economic
evaluation showed that: percent return on investment (ROI) before taxes 24,21% and
18,15% after tax, pay out time (POT) before tax and after tax 2,92 years to 3,55 years,
break even point (BEP) 50,05%, shut down point (SDP) 22,76%, and the discounted
cash flow (DCF) 30,23%. From the results of the calculation data of economic
evaluations, it feasible to set up factories in Indonesia.
Keyword : methyl acrylic, acrylic acid, 30.000 tons/year
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada era pasar bebas sekarang ini, Indonesia dituntut untuk menjadi
negara yang dapat bersaing dengan negara asing dalam sektor perdagangan,
industri maupun aspek yang lain. Dalam sektor industri, Indonesia sebenarnya
sudah mampu untuk bersaing dengan negara asing namun dengan adanya
modal yang sedikit kita hanya mampu memproduksi bahan baku dengan
kapasitas yang sedikit pula sehingga bahan baku yang diperlukan harus di
impor dari negara asing.
Produk bahan baku yang masih sering kita impor salah satunya adalah
Metil Akrilat. Metil Akrilat adalah senyawa kimia yang biasanya digunakan
dalam bahan baku pada produksi polimer. Polimer ini digunakan untuk bahan
3
baku pembuatan cat, binder untuk industri kulit, kertas dan tekstil serta bahan
baku untuk kopolimer dari acrylic fiber.
Menurut Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (4th
Edition), Metil Akrilat memiliki rumus monomer molekul C4H6O2 dan pada
suhu kamar memiliki sifat berbentuk karet dan merupakan polimer yang
sangat keras dibanding dengan polimer lain.
Manfaat dari pendirian pabrik Metil Akrilat yaitu dapat membuka
lapangan pekerjaan baru, dapat menekan biaya impor untuk mendatangkan
bahan baku, dapat mencukupi kebutuhan akan Metil Akrilat di Indonesia,
dapat meningkatkan sumber daya manusia dan diharapkan dapat mengekspor
ke negara asing sehingga dapat menambah pendapatan negara.
2. DESKRIPSI PROSES
2.1. Spesifikasi bahan Baku dan Produk
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku
a. Asam akrilat (CH2CHCOOH)
- Fase : Cair
- Kemurnian : 99%
- Impuritas, %berat : air, 1%
(www.shokubai.co.jp)
b. Metanol (CH3OH)
- Fase : Cair
- Kemurnian : 99,85%
- Impuritas, %berat : air, 0,15%
(www.kaltimmethanol.com)
2.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu
Asam sulfat (H2SO4)
- Fase : Cair
- Kemurnian : 98%
4
- Impuritas, %berat : air, 2%
(www.indoacid.com)
2.1.3. Spesifikasi Produk
Metil akrilat (CH2CHCOOCH3)
- Fase : Cair
- Kemurnian : 99,89%
- Impuritas, %berat : air, 0,11%
(www.basf.com)
2.2. Konsep Proses
2.2.1. Dasar Reaksi
Pembuatan metil akrilat (CH2CHCOOCH3) berlangsung pada
suhu 80oC dan tekanan 1 atm menggunakan katalis asam sulfat (H2SO4).
Menggunakan Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) dengan
mereaksikan asam akrilat (CH2CHCOOH) dengan metanol (CH3OH)
dengan proses esterifikasi dan reaksi bersifat eksoterm.
2.2.2. Sifat Reaksi
a. Tinjauan Kinetika
Reaksi yang berlangsung merupakan reaksi orde dua.
Reaksi : Asam akrilat + Metanol Metil akrilat + Air
Persamaan kecepatan reaksi :
-rA= k.CA.CB ................................................................(II-2)
-rA= k[CAO(1-XA)].[CBO-CAOXA] …………………….......(II-3)
CBO/CAO = R
-rA = k.CAO2.[1-XA][R-XA]…......………………………...(II-4)
Dengan :
CAO = Konsentrasi asam akrilat mula-mula, kmol/L
CBO = Konsentrasi metanol mula-mula, kmol/L
XA = Konversi dari asam akrilat
(US Patent 3.875.212)
5
b. Tinjauan Termodinamika
Reaksi :
CH2CHCOOH + CH3OH CH2CHCOOCH3 + H2O
Berikut tabel harga ∆Gf0 masing-masing komponen pada suhu 298
K :
Tabel 2.1 ∆Gf0 Masing-masing Komponen
Komponen Harga ∆Gf0 (Kj/mol)
Asam akrilat (CH2CHCOOH) -286,06
Metanol (CH3OH) -162,51
Metil akrilat (CH2CHCOOCH3) -257,32
Air (H2O) -228,6
Total ∆G0r298K = ∆Gf
0 produk - ∆Gf
0 reaktan
= (∆Gf0 CH2CHCOOCH3 + ∆Gf
0 H2O) + (∆Gf
0
CH2CHCOOH + ∆Gf0 CH3OH)
= (-257,32 + -228,6) + (-286,06 + -162,51)
= (-485,92) – (-448,57)
= -37,35kJ/mol
= -37,350kJ/kmol
ln Ko = *
+ =
=
=15,075
Ko = 3,524x106
ln
=
x (
)………………………….….(II-5)
(Smith VanNess, 1987)
Dengan :
Ko = Konstanta kesetimbangan pada suhu 298 K
K = Konstanta kesetimbangan pada suhu tertentu
T = Temperatur tertentu
6
∆H298 = Panas reaksi standart pada 298 K
Untuk harga ∆Hf0 masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat
dilihat pada tabel 2.2
Tabel 2.2 ∆Hf0 Masing- masing Komponen
Komponen Harga ∆Hf0 (Kj/mol)
Asam akrilat (CH2CHCOOH) -336,23
Metanol (CH3OH) -201,17
Metil akrilat (CH2CHCOOCH3) -333
Air (H2O) -241,80
∆H0r298K = ∆Hf
0 produk - ∆Hf
0 reaktan
= (∆Hf0 CH2CHCOOCH3 + ∆Hf
0 H2O) - (∆Hf
0
CH2CHCOOH + ∆Hf0 CH3OH)
= (-333 + (-241,80)) – (-336,23 + (-201,17))
= -574,8 – (537,4)
= -37,4 kJ/kmol
Pada suhu 80oC (353 K) besarnya konstanta kesetimbangan
dapat dihitung sebagai berikut :
ln
=
x (
)
ln K = 8,288.106
K = 3,976.106
Karena harga K >>>1 maka reaksi dianggap irreversible (berjalan
satu arah).
7
3. SPESIFIKASI ALAT
3.1. Reaktor (R-210)
Fungsi : Mereaksikan metanol sebanyak 3782,20 Kg/jam dan
asam akrilat sebanyak 3750,00 Kg/jam menggunakan katalis
asam sulfat
Jenis : Tangki berpengaduk
Bahan konstruksi : Stainless steel SA-167 (Tipe 316)
Kondisi operasi :
Tekanan : 1 atm
Suhu : 80°C
Shell dan Head :
Diameter shell (D) : 1,89 m
Tinggi cairan dalam tangki (h) : 0,62 m
Tinggi shell (H) : 1,89 m
Tebal shell (ts) : 0,005 m
Tebal head (th) : 0,005 m
Pengaduk dan baffle :
Diameter pengaduk (d) : 0,63 m
Lebar pengaduk (L) : 0,16 m
Lebar baffle (b) : 0,19 m
Jarak pengaduk dari dasar tangki (zi) : 0,63 m
Jumlah pengaduk : 1 buah
Kecepatan putaran pengaduk : 400 rpm
Daya motor yang diperlukan : 20 Hp
Volume reaktor : 3,10 m3
Tinggi total reaktor : 2,62 m
Jumlah : 3 buah
8
Pendingin :
Tekanan : 1 atm
Suhu : 30oC
Harga : $ 143300
3.2. Decanter (H-310)
Fungsi : Memisahkan campuran berdasarkan kelarutan
sebanyak 9469,70 Kg/jam
Jenis : Continuous gravity decanter silinder horizontal
Bahan : Stainless steel
Kondisi Operasi :
Tekanan : 1 atm
Suhu : 80oC
Waktu tinggal dekanter : 1,74 menit
Dimensi dekanter :
Diameter : 0,16 m
Panjang : 0,78 m
Volume : 0,32 m3
Jumlah : 1 buah
Harga : $ 20900
4. UNIT PENDUKUNG PROSES (UTILITAS) DAN LABORATORIUM
4.1. Unit Pendukung Proses
Unit pendukung proses atau sering disebut unit utilitas merupakan salah
satu bagian penting untuk mendukung berlangsungnya proses produksi pabrik.
Unit pendukung proses antara lain penyediaan air (air pendingin, air sanitasi, air
pemadam, air umpan boiler, dan air proses), listrik, pengadaan bahan bakar,
penyedia udara bertekanan, dan pengolahan limbah. Unit utilitas ini untuk
menyediakan sarana-sarana proses untuk kelancaran operasi pabrik.
9
Unit pendukung proses yang terdapat dalam pabrik metil akrilat antara
lain :
1. Unit penyediaan dan pengolahan air
Unit ini berfungsi untuk mengolah air dari sumber air untuk
keperluaan air proses, air sanitasi, air untuk umpan boiler dan air
pendingin.
2. Unit pembangkit steam
Berfungsi untuk menyediakan steam untuk keperluan pemanas
pada reboiler dan HE (Heat Exchanger).
3. Unit pengadaan listrik
Berfungsi sebagai tenaga penggerak untuk peralatan proses,
maupun untuk penerangan. Listrik disuplai dari PLN dan dari
generator set sebagai cadangan bila listrik dari PLN mengalami
gangguan..
4. Unit pengolahan limbah
Berfungsi mengolah limbah sanitasi dan air limbah proses.
5. Unit Laboratorium
Unit laboratorium berfungsi untuk menjaga mutu produk dan
juga menganalisis kualitas bahan baku dan kualitas produk.
5. MANAJEMEN PERUSAHAAN
5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji
Jumlah Karyawan harus ditentukan dengan tepat, sehingga semua
pekerjaan dapat diselenggarakan dengan baik dan efisien.
10
Tabel 5.2. Jumlah Karyawan Menurut Jabatan
NO. JABATAN JUMLAH
1 Direktur Utama 1
2 Direktur Teknik dan Produksi 1
3 Direktur Keuangan dan Umum 1
4 Staff Ahli 2
5 Sekretaris 3
6 Kepala Bagian 5
7 Kepala Seksi 14
8 Karyawan Proses 27
9 Karyawan Pengendalian 8
10 Karyawan Laboratorium 8
11 Karyawan Litbang 4
12 Karyawan Safety & Lingkungan 4
13 Karyawan Pemeliharaan 8
14 Karyawan Utilitas 8
15 Karyawan Administrasi 8
16 Karyawan Pembelian 8
17 Karyawan Personalia 4
18 Karyawan Humas 8
19 Satpam 8
20 Karyawan Pemasaran 8
21 Dokter 2
22 Paramedis 4
23 Sopir 6
24 Pesuruh 6
TOTAL 156
11
Tabel 5.3. Perincian Golongan dan Gaji Karyawan
Gol. Jabatan Gaji/bulan (Rp) Kualifikasi
I. Direktur Utama 50.000.000 S1 Pengalaman 10 Tahun
II. Direktur 40.000.000 S1 Pengalaman 10 Tahun
III. Staff Ahli 20.000.000 S1 Pengalaman 5 Tahun
IV. Litbang 15.000.000 S1 pengalaman
V. Kepala Bagian 9.500.000 S1 pengalaman
VI Kepala Seksi 6.000.000 S1/D3 pengalaman
VII. Sekretaris 5.000.000 S1/D3 pengalaman
VIII. Karyawan Biasa 3.000.000 – 5.000.000 SLTA/D1/D3
6. ANALISIS EKONOMI
6.6. Analisis Kelayakan Ekonomi
a. Keuntungan (Profit)
Sales price = Rp. 510.510.000.000
Total biaya produksi = Rp. 393.230.689.964
Keuntungan sebelum pajak = Rp. 117.279.310.036
Keuntungan sesudah pajak = Rp. 87.959.482.527
b. Persent Return of Investment (ROI)
ROI = FCI
ofitPrx 100%
ROIb = Pb / FC * 100 % = 24,21 %
ROIa = Pa / FC * 100 % = 18,15 %
c. Pay Out Time (POT)
POT = DepresiasiKeuntungan
FCI
x 100%
POTb = FC / (Pb + 0.1FC) = 2,92 Tahun
POTa = FC / (Pa + 0.1FC) = 3,55 Tahun
12
d. Break Even Point (BEP)
Fixed Expense (Fa) = Rp. 72.678.639.425
Regulated Expense (Ra) = Rp. 202.104.729.651
Variabel Expense (Va) = Rp. 102.667.965.099
Sales (Sa) = Rp. 510.510.000.000
BEP = RaVaSa
RaFa
7,0
3,0
x 100%
BEP = 50,05 %
e. Shut Down Point (SDP)
SDP = RaVaSa
Ra
7,0
3,0
x 100 %
SDP = 22,76 %
f. Discounted Cash Flow (DCF)
Umur Pabrik = 10 tahun
Fixed Capital (FC) = Rp 484.524.262.835
Working Capital (WC) = Rp 97.547.781.740
Cash Flow = Rp 187.462.908.810
Salvage Value (SV) = Rp 48.452.426.284
DCF = 30,232%
Bunga Bank rata-rata saat ini = 8 % sampai 10 %
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2000, PT Kaltim Methanol Industri, www.kaltimmethanol.com, 10 Maret
2015
Anonim, 2004, Sumitono Chemical Divests Singapore-Based Acrylic Acid
Operations, www.sumitomo-chem.co.jp, 21 Maret 2015
Anonim, 2005, Safety Data Sheet Methyl Acrylate, www.basf.com, 12 Maret 2015
Anonim, 2010, Asam Sulfat, www.indoacid.com, 10 Maret 2015
Anonim, 2012, Harga Alat, www.matche.com, 21 Maret 2016
13
Anonim, 2016, Cost Equipment Simulator, www.mhhe.com, 21 Maret 2016
Anonim, 2012, Speciality Chemicals, www.shokubai.co.jp, 10 Maret 2015
Aries, R.S. and Newton, R.D, 1955, Chemical Engineering Cost Estimation, McGraw
Hill International Book Company, New York
Branan, C.R., 1994, Rules of Thumb for Chemical Engineering, Gulf Publishing
Company, Texas.
Brown, G.G., 1986, Unit Operations, John Wiley and Sons, Inc., New York
Brownell, L.E. and Young, E.H, 1959, Process Equipment Design, 1st edition, John
Wiley & Sons Inc., New York
Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 1989, An Introduction to Chemical Engineering,
Allyn and Bacon Inc., Massachusets
Fesseden, R.J., dan Fesseden, J.S., 1986, Kimia Organik, Erlangga, Jakarta
Fogler, S.H., 1999, Element of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall PTR,
New Jersey
Kern, D.Q., 1983, Process Heat Transfer, McGraw Hill Intrenational Book
Company, Tokyo
Kirk, R.E. & Othmer, D.F., 1998, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 6, 4th
edition, A Wiley Interscience Publisher Inc., New York
Ludwig, E.E., 1996, Apllied Process Design for Chemical and Petrochemical Plant,
Vol. II, Gulf Publishing Inc., Houston
Patent, United States Patent 3.875.212, 1 April 1975
Perry, R.H. and Green, D.W., 1997, Perry’s Chemical Engineers Handbooks, 7th
edition, McGraw Hill Book Co. New York.
Rase H.F., and Holmes, J.R., 1977, Chemical Reactor Design for Process Plant, Vol
2 : Principles and Techniques, John Wiley & Sons Inc., Kanada
Smith, et. al., 1987, Introdustion to Chemical Engineering Thermodynamics, 3th
edtion, McGraw Hill International Book Company, Tokyo
14
Timmerhauss, K.D and Peters, M.S. 2003, Plant Design and Economic for Chemical
Engineering. 5th
edition, McGraw Hill International Book Company, New
York
Ullman, Fritz, 1985, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol. 3, John
Wiley and Sons Inc. New York.
Ullrich, G.D., 1984, A Guide to Chemical Engineering Process Design and
Economics, John Wiley and Sons Inc., Kanada
United Nations Statistics Divison, 2011, UN Data A World of Information,
www.data.un.org
Vilbrant, F.C., 1959, Chemical Engineering Plant Design, 4th
ed., Mc Graw-Hill
Book Company, Japan
Wallas, S.M., 1988, Chemical Process Equipment (Selection and Design), 3rd
edition,
Butterworths, U.S.A
Widjaja, G., dan Yani, A., 2003, Perseroan Terbatas, Raja Grafindo Persada, Jakarta
Yaws, C.L., 1999, Chemical Properties Handbook, McGraw Hill Company, New
York
Zamani, 1998, Manajemen, Badan Penerbit IPWI, Jakarta
top related