laporan tugas akhir prarancangan pabrik metil …eprints.ums.ac.id/47593/34/halaman depan.pdf ·...

i

LAPORAN TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK METIL LAKTAT

DARI ASAM LAKTAT DAN METANOL

KAPASITAS 15.000 TON PER TAHUN

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi

Strata Satu Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh:

TUNJUNG SETYAWAN

D 500 120 026

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

iv

ABSTRAK

Metil Laktat merupakan produk yang digunakan sebagai bahan baku sintetis

dalam bidang farmasi, bahan baku parfum (wewangian) dalam bidang kosmetik dan

di bidang industri sebagai pembersih bahan elektronik, pembersih kaca, pelarut

percetakan, pelarut plastik, pelarut cat dan bahan untuk insektisida. Untuk memenuhi

kebutuhan dalam negeri dan adanya peluang ekspor yang masih terbuka, maka

dirancang pabrik Metil Laktat dengan kapasitas 15.000 ton/tahun dengan bahan baku

Asam Laktat dan Metanol. Pabrik direncanakan berdiri di Bontang, Kalimantan

Timur pada tahun 2020.

Proses pembuatan Metil Laktat digunakan dalam sebuah reaktor CSTR

(Continuous Stirred Tank Reactor) yang berfungsi untuk mereaksikan bahan Asam

Laktat dari pabrik Musashino Chemical di China dan Metanol dari PT. Kaltim

Methanol Industri di Bontang, Kalimantan Timur dengan katalis Asam Sulfat dari

PT. Indonesian Acids Industry di Bekasi, Jakarta Timur, pada fase cair-cair, dengan

sifat reaksi irreversible, eksotermis, isotermal, non adiabatic pada suhu reaktor

100°C dan tekanan 2,4 atm. Konversi untuk reaksi ini adalah 75,75%. Menara

distilasi yang berjumlah empat digunakan untuk memurnikan produk reaktor

sehingga diperoleh kemurnian Metil Laktat sebesar 98,28% dengan pengotor 1,72%

Asam Laktat dan 0,000081% Asam Sulfat. Kebutuhan Asam Laktat untuk pabrik ini

sebanyak 1.428,79 kg/jam dan kebutuhan Metanol sebanyak 512,23 kg/jam. Produk

berupa Metil Laktat sebanyak 1.861,34 kg/jam. Unit pendukung proses pabrik

meliputi unit pengadaan air, steam, udara tekan, tenaga listrik dan bahan bakar.

Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk

serta bahan buangan pabrik. Kebutuhan air sungai sebagai pendingin sebesar

69.041,36 kg/jam, penyediaan steam sebesar 1.805,16 kg/jam, kebutuhan udara tekan

sebesar 5,26 kg/jam, kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan satu buah generator

sebagai cadangan, kebutuhan solar sebesar 0,22 m3/jam.

Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas (PT). Sistem kerja

karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-

shift yang berjumlah 171 orang. Pabrik Metil Laktat ini beresiko rendah dengan

modal tetap sebesar Rp 300.603.870.789,76 dan modal kerja sebesar Rp

100.127.930.222,16. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 96.539.200.568,50 per

tahun dan setelah dipotong pajak sebesar Rp 67.577.440.397,95 per tahun. Dari hasil

perhitungan diperoleh nilai Return On Investment (ROI) sebelum pajak 32,12% dan

setelah pajak 22,48%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak adalah 2,37 tahun dan

setelah pajak 3,08 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 44,4% dan Shut Down

Point (SDP) sebesar 23,79%. Internal Rate of Return (i) sebesar 41,5%. Berdasarkan

hasil perhitungan teknis dan evaluasi ekonomi yang telah dilakukan, maka pabrik

Metil Laktat dengan kapasitas 15.000 ton per tahun layak untuk didirikan.

Kata kunci: asam laktat, esterifikasi, metil laktat

v

ABSTRACT

Methyl Lactate is a product that is used as a synthetic raw material in the

fields of pharmaceutical, perfume raw materials (fragrance) in the field of cosmetics

and in the field of electronic materials industry as a cleaner, glass cleaner, solvent

printing, plastic solvents, paint solvents and materials for insecticides. To meet

domestic needs and their export opportunities that are still open, the plant is designed

with a capacity of Methyl Lactate 15,000 tons / year with the raw material of Lactic

Acid and Methanol. The factory is planned to stand in Bontang, East Kalimantan in

2020.

The process of making methyl lactate used in a reactor CSTR (Continuous

Stirred Tank Reactor), which serves for reacting lactic acid material from a factory in

China and Musashino Chemical Methanol from PT. Kaltim Methanol Industry in

Bontang, East Kalimantan with sulfuric acid catalyst of PT. Indonesian Acids

Industry in Bekasi, East Jakarta, on a liquid-liquid phase, with the irreversible nature

of the reaction, exothermic, isothermal, non-adiabatic reactor at a temperature of 100

° C and a pressure of 2.4 atm. Conversion for this reaction was 75.75%. Distillation

tower that consists of four used to purify the product of the reactor in order to obtain

methyl lactate purity of 98.28% with 1.72% impurities 0.000081% Lactic Acid and

Sulphuric Acid. Lactic acid requirement for this plant as much as 1428.79 kg / h and

needs Methanol as much as 512.23 kg / hour. Products such as methyl lactate as

much as 1861.34 kg / hour. A support unit includes unit procurement process plant

water, steam, compressed air, electricity and fuel. The factory is also supported by

laboratories that control the quality of raw materials and products as well as plant

waste material. River water as cooling needs of 69041.36 kg / hour, the supply of

steam at 1805.16 kg / h, the compressed air requirement of 5.26 kg / hour, demand for

electricity is obtained from the PLN and one as a backup generator, the solar

requirement by 0 , 22 m3 / h.

The form of the selected company is a Limited Liability Company (PT).

Systems based on the division of employees working hours of employees shift and

non-shift which numbered 171 people. Methyl Lactate factory is at low risk with a

fixed capital of Rp 300,603,870,789.76 and working capital of

Rp 100,127,930,222.16. Profit before tax of Rp 96,539,200,568.50 per year and after

taxes amounting to Rp 67,577,440,397.95 per year. From the calculations, the value

of the Return On Investment (ROI) before tax after tax 32.12% and 22.48%. Pay Out

Time (POT) before tax is 2.37 years and 3.08 years after tax. Break Even Point (BEP)

amounted to 44.4% and Shut Down Point (SDP) amounted to 23.79%. Discounted

Cash Flow (DCF) of 41.5%. Based on the calculation of technical and economic

evaluation has been done, the plant Methyl Lactate with a capacity of 15,000 tons per

year eligible to be established.

Keywords: lactic acid, esterification, methyl lactate

vi

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr.Wb.

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta

hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah pendadaran tugas

akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Metil Laktat dari Asam Laktat dan

Metanol dengan Kapasitas 15.000 Ton Per Tahun”. Tugas Akhir prarancangan

pabrik ini merupakan salah satu syarat wajib yang harus diselesaikan oleh setiap

mahasiswa Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta guna mencapai gelar sarjana S1.

Dalam penulisan Makalah Tugas Akhir ini penulis banyak menerima

bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Allah SWT yang telah memberikan segala kemudahan-Nya.

2. Bapak, ibu, dan keluarga atas doa restunya dan yang telah memberikan

dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Ibu Eni Budiyati, S.T., M.Eng., selaku Dosen Pembimbing I yang telah

memberikan bimbingan dan saran dalam penyusunan Makalah Tugas Akhir

ini.

4. Bapak Hamid Abdillah, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing II yang

telah memberikan bimbingan dan saran dalam penyusunan Makalah Tugas

Akhir ini.

5. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Program Studi Teknik

Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

6. Bapak dan ibu dosen Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta atas ilmu dan bimbingannya selama

perkuliahan.

7. Teman-teman Teknik Kimia angkatan 2012.

vii

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini masih

banyak kekurangan, karenanya kritik dan saran yang membangun sangat

diharapkan untuk perbaikan. Akhir kata, penulis berharap semoga laporan Tugas

Akhir ini dapat bermanfaat untuk semua pihak.

Wassalamu’alaikum Wr.Wb.

Surakarta, Oktober 2016

Penulis

viii

MOTTO

Musuh terbesar adalah diri sendiri, jangan pernah melawannya. Rangkul, jabat

erat, dan ajak lari bersama.

Lebih baik merasakan sulitnya pendidikan sekarang daripada rasa pahitnya

kebodohan kelak.

Kecerdasan bukanlah tolok ukur kesuksesan, tetapi dengan menjadi cerdas

kita bisa menggapai kesuksesan.

Pendidikan terkadang melelahkan, tetapi kedua orang tuamu jauh lebih lelah

demi kesuksesanmu.

Sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan.

ix

PERSEMBAHAN

Tugas akhir ini dipersembahkan untuk orang-orang terhebat dalam kehidupan

saya:

1. Bapak, ibu, dan keluarga tercinta terimakasih atas cinta dan kasih sayang,

kemudahan, fasilitas, pendidikan, pengorbanan selama ini. Semua ini akan

menjadi manfaat dan bekal kehidupanku. Rasa terimakasih, doa, dan baktiku

tidak pernah cukup untuk membalas semua ini.

2. Partner dan sahabat terbaikku Titus Dwi Prakoso, terimakasih atas

kerjasamanya dalam berbagai tantangan dalam penyelesaian tugas akhir.

Semoga tugas akhir ini sebagai awal kesuksesan kita.

3. Untuk Esti Rahayu terimakasih atas dukungan dan semangatnya sampai tugas

akhir ini selesai. Semoga segera menyusul.

4. Teman-teman Teknik Kimia UMS angkatan 2012, teman-teman kos, dan

teman-teman dari keluarga kusuma. Terimakasih.

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................. ii

PERNYATAAN ...................................................................................... iii

ABSTRAK .............................................................................................. iv

ABSTRACT ............................................................................................ v

KATA PENGANTAR ............................................................................ vi

MOTTO .................................................................................................. vii

PERSEMBAHAN ................................................................................... viii

DAFTAR ISI ........................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ................................................................................... xvi

DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xviii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................... 1

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ........................................ 1

1.2. Kapasitas Pendirian Pabrik ................................................. 3

1.3. Lokasi Pabrik ...................................................................... 4

1.3.1. Penyediaan Bahan Baku ........................................ 4

1.3.2. Pemasaran Produk ................................................. 5

1.3.3. Sarana Transportasi ............................................... 5

1.3.4. Tersedianya Sarana Pendukung ............................. 5

1.3.5. Tenaga Kerja ......................................................... 6

1.3.6. Kemasyarakatan .................................................... 6

1.3.7. Kondisi Alam......................................................... 6

1.4. Tinjauan Pustaka ................................................................ 7

1.4.1. Macam-Macam Proses .......................................... 7

1.4.2. Kegunaan Produk .................................................. 9

1.5. Bahan Baku ......................................................................... 9

xi

1.5.1. Metanol ................................................................. 9

1.5.2. Asam Laktat .......................................................... 10

1.6. Bahan Pembantu ................................................................. 11

1.6.1. Asam Sulfat ........................................................... 11

1.7. Produk ................................................................................. 12

1.7.1. Metil Laktat ........................................................... 12

1.7.2. Air .......................................................................... 12

1.8. Tinjauan Proses ................................................................... 13

1.8.1. Esterifikasi dengan Asam Organik ........................ 13

1.8.2. Esterifikasi dengan Asam Anorganik .................... 14

1.8.3. Esterifikasi Hidrokarbon Tak Jenuh ...................... 14

BAB II DESKRIPSI PROSES ............................................................. 15

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ......................................... 15

2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku .................................................. 15

2.1.1.1. Metanol ............................................................... 15

2.1.1.2. Asam Laktat........................................................ 15

2.1.1.3. Asam Sulfat ........................................................ 15

2.1.2. Spesifikasi Produk .......................................................... 16

2.1.2.1. Metil Laktat ........................................................ 16

2.2. Konsep Proses ........................................................................... 16

2.2.1. Dasar Reaksi ................................................................... 16

2.2.2. Tinjauan Termodinamika ................................................ 17

2.2.3. Tinjauan Kinetika............................................................ 20

2.3. Langkah Proses ......................................................................... 20

2.3.1. Penyiapan Bahan Baku ................................................... 20

2.3.2. Reaksi Esterifikasi dalam Reaktor .................................. 21

2.3.3. Pemisahan dan Pemurnian Hasil ..................................... 21

2.3.4. Diagram Alir Proses ........................................................ 23

2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas ............................................... 25

xii

2.4.1. Neraca Massa .................................................................. 25

2.4.1.1. Neraca Massa di Mixer ....................................... 25

2.4.1.2. Neraca Massa di Reaktor .................................... 25

2.4.1.3. Neraca Massa di Menara Distilasi 1 ................... 26




2.4.1.7. Neraca Massa Total ............................................ 28

2.4.2. Neraca Panas ................................................................... 29

2.4.2.1. Neraca Panas Mixer ............................................ 29

2.4.2.2. Neraca Panas Heater ......................................... 30

2.4.2.3. Neraca Panas Reaktor ......................................... 30

2.4.2.4. Neraca Panas Cooler ......................................... 31

2.4.2.5. Neraca Panas Menara Distilasi 1 ........................ 31




2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan ............................................... 34

2.5.1. Layout Pabrik .................................................................. 34

2.5.2. Layout Peralatan ............................................................. 36

BAB III SPESIFIKASI ALAT ............................................................. 39

3.1. Tangki Penyimpanan Metanol .................................................. 39

3.2. Tangki Penyimpanan Asam Laktat ........................................... 40

3.3. Tangki Penyimpanan Asam Sulfat ............................................ 41

3.4. Tangki Penyimpanan Produk ...................................... 41

3.5. Mixer ......................................................................................... 42

3.6. Reaktor ...................................................................................... 43

3.7. Menara Distilasi 1 ..................................................................... 44


xiii


3.10. Menara Distilasi 4 ................................................................... 47

3.11. Kondenser 1 ............................................................................ 47

3.12. Kondenser 2 ............................................................................ 48

3.13. Kondenser 3 ............................................................................ 49

3.14. Kondenser 4 ............................................................................ 50

3.15. Reboiler 1 ................................................................................ 51

3.16. Reboiler 2 ................................................................................ 51

3.17. Reboiler 3 ................................................................................ 52

3.18. Reboiler 4 ................................................................................ 53

3.19. Heater ..................................................................................... 54

3.20. Cooler 1 ................................................................................... 54

3.21. Cooler 2 ................................................................................... 55

3.22. Cooler 3 ................................................................................... 56

3.23. Separator 1 .............................................................................. 57

3.24. Separator 2 .............................................................................. 57

3.25. Accumulator 1 ......................................................................... 58

3.26. Accumulator 2 ......................................................................... 58

3.27. Pompa 1 .................................................................................. 59

3.28. Pompa 2 .................................................................................. 59

3.29. Pompa 3 .................................................................................. 60

3.30. Pompa 4 .................................................................................. 60

3.31. Pompa 5 .................................................................................. 61

3.32. Pompa 6 .................................................................................. 61

3.33. Pompa 7 .................................................................................. 62

3.34. Pompa 8 .................................................................................. 63

3.35. Pompa 9 .................................................................................. 63

3.36. Pompa 10 ................................................................................ 64

3.37. Pompa 11 ................................................................................ 64

xiv

3.38. Pompa 12 ................................................................................ 65

3.39. Pompa 13 ................................................................................ 66

3.40. Pompa 14 ................................................................................ 66

3.41. Pompa 15 ................................................................................ 67

3.42. Pompa 16 ................................................................................ 67

3.43. Pompa 17 ................................................................................ 68

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 69

4.1. Utilitas ....................................................................................... 69

4.1.1. Unit Penyediaan dan Pengolahan Air ............................. 70

4.1.2. Unit Penyediaan Udara Tekan ........................................ 77

4.1.3. Unit Pembangkit Listrik .................................................. 77

4.1.4. Unit Penyediaan Bahan Bakar ........................................ 80

4.1.5. Unit Pengolahan Limbah ................................................ 81

4.1.6. Spesifikasi Alat-Alat Utilitas .......................................... 86

4.2. Laboratorium ............................................................................. 100

4.2.1. Program Kerja Laboratorium .......................................... 101

4.2.2. Penanganan Sampel ........................................................ 101

4.2.3. Prosedur Analisa ............................................................. 102

4.2.4. Metode Analisa ............................................................... 103

4.2.5. Alat-Alat Laboratorium .................................................. 103

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ............................................ 104

5.1. Bentuk Perusahaan .................................................................... 104

5.2. Struktur Organisasi ................................................................... 105

5.3. Tugas dan Wewenang ............................................................... 108

5.3.1. Pemegang Saham ............................................................ 108

5.3.2. Dewan Komisaris ............................................................ 108

5.3.3. Dewan Direksi ................................................................ 108

5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan .............................................. 114

5.5. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ................. 116

xv

5.5.1. Jabatan dan Prasyarat ...................................................... 116

5.5.2. Penggolongan dan Gaji Karyawan.................................. 117

5.5.3. Kesejahteraan Karyawan ................................................ 119

5.6. Manajemen Produksi ................................................................ 120

5.7. Perencanaan Produksi ............................................................... 120

5.8. Pengendalian Produksi .............................................................. 121

BAB VI ANALISIS EKONOMI .......................................................... 122

6.1. Total Capital Investment ........................................................... 127

6.2. Working Capital ........................................................................ 128

6.3. Manufacturing Cost .................................................................. 128

6.4. General Expenses ...................................................................... 129

6.5. Analisis Ekonomi ...................................................................... 129

6.5.1. Return On Investment (ROI) ........................................... 130

6.5.2. Break Even Point (BEP) ................................................. 131

6.5.3. Shut Down Point (SDP) .................................................. 132

6.5.4. Discounted Cash Flow (DCF) ........................................ 133

BAB VII PENUTUP .............................................................................. 135

7.1. Kesimpulan ............................................................................... 135

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................ 136

LAMPIRAN ........................................................................................... 139

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Pabrik Metil Laktat dan Kapasitasnya ................................ 2

Tabel 1.2. Harga Bahan Baku dan Produk Per Kg ............................... 2

Tabel 1.3. Data Impor Metil Laktat di Indonesia ................................. 3

Tabel 2.1. Neraca Massa di Mixer ....................................................... 25

Tabel 2.2. Neraca Massa di Reaktor .................................................... 25

Tabel 2.3. Neraca Massa di Menara Distilasi 1 ................................... 26




Tabel 2.7. Neraca Massa Total ............................................................. 28

Tabel 2.8. Neraca Panas Mixer ............................................................ 29

Tabel 2.9. Neraca Panas Total Heater .................................................. 30

Tabel 2.10. Neraca Panas Reaktor ....................................................... 30

Tabel 2.11. Neraca Panas Cooler ......................................................... 31

Tabel 2.12. Neraca Panas Menara Destilasi 1 ...................................... 31




Tabel 2.17. Neraca Panas Cooler 3 ...................................................... 32

Tabel 4.1. Daftar Kebutuhan Listrik untuk Proses ............................... 78

Tabel 4.2. Daftar Kebutuhan Listrik untuk Utilitas ............................. 79

Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kerja Karyawan Shift ........................... 116

xvii

Tabel 5.2. Jabatan dan Prasyarat .......................................................... 116

Tabel 5.3. Penggolongan Gaji Karyawan ............................................ 117

Tabel 6.1. Cost Index Chemical Plant ................................................. 123

Tabel 6.2. Total Fixed Capital Investment ........................................... 127

Tabel 6.3. Working Capital .................................................................. 128

Tabel 6.4. Manufacturing Cost ............................................................ 128

Tabel 6.5. General Expenses ................................................................ 129

Tabel 6.6. Fixed Cost ........................................................................... 131

Tabel 6.7. Variable Cost ...................................................................... 131

Tabel 6.8. Regulated Cost .................................................................... 132

xviii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Regresi Impor Metil Laktat Per Tahun di Indonesia. ......................... 4

Gambar 1.2. Peta Kota Bontang .............................................................................. 6

Gambar 2.1. Diagram Alir Kuantitatif .................................................................... 23

Gambar 2.2. Diagram Alir Kualitatif ...................................................................... 24

Gambar 2.3. Layout Pabrik ..................................................................................... 35

Gambar 2.4. Tata Letak Peralatan Proses ............................................................... 38

Gambar 4.1. Blok Diagram Pengolahan Limbah Pabrik Metil Laktat .................... 84

Gambar 4.2. Diagram Alir Proses Pengolahan Air ................................................ 85

Gambar 5.1. Struktur Organisasi ............................................................................. 107

Gambar 6.1. Hubungan Tahun Vs Cost index ........................................................ 124

Gambar 6.2. Grafik Analisis Ekonomi .................................................................... 134

laporan tugas akhir prarancangan pabrik metil …eprints.ums.ac.id/47593/34/halaman depan.pdf ·...

Documents