naskah publikasi prarancangan pabrik maleic …eprints.ums.ac.id/31209/23/naskah_publikasi.pdf ·...

NASKAH PUBLIKASI

PRARANCANGAN PABRIK MALEIC ANHYDRIDE

DARI N-BUTANA DAN UDARA

KAPASITAS 35.000 TON/TAHUN

Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik

Strata 1 pada Prodi Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh :

PRASINTA PRIMA

D 500 100 016

Dosen Pembimbing :

HERRY PURNAMA, PhD.

ROIS FATONI, PhD.

PRODI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

SURAKARTA

2014

INTISARI

Pabrik maleic anhydride dengan bahan baku n-butana dan udara dengan

kapasitas 35.000 ton per tahun direncanakan beroperasi selama 330 hari per tahun.

Proses pembuatan maleic anhydride dengan cara oksidasi n-butana dimana

udaradan n-butana direaksikan pada suhu 390oC dan tekanan diatas atmosferis (2

atm) di dalam reaktor fixed bed multitube yang berisi katalis vanadium

phosphorus oxide (VPO), reaksi yang terjadi merupakan reaksi eksotermis dan

nonadiabatis. Hasil samping dari reaksi tersebut adalah karbonmonoksida dan

karbondioksida.

Kebutuhan n-butana untuk pabrik ini sebanyak 3.948,507 kg/jam Produk

yang dihasilkan berupa maleic anhydride sebanyak 4.392,590 kg/jam. Utilitas

pendukung proses meliputi penyediaan air sebesar 322.713,992 kg/jam yang

diperoleh dari air sungai Mahakam, penyediaan saturated steam sebesar 29.174

kg/jam yang diperoleh dari reboiler. Kebutuhan bahan bakar solar baik unuk

generator, reboiler dan furnace sebesar 1.838,97 kg/jam, kebutuhan udara tekan

sebesar 2.884 kg/jam, kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan generator sebesar

839,3 kW. Pabrik ini didirikan di kawasan Bontang, Kalimantan Timur dengan

luas tanah 13.956 m2 dan jumlah karyawan 116 orang.

Pabrik maleic anhydride ini menggunakan modal tetap sebesar Rp

334.271.960.087 dan modal kerja sebesar Rp. 217.488.964.383. Dari analisis

ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak Rp

149.279.511.098 per tahun setelah dipotong pajak 25 % keuntungan mencapai Rp

111.959.633.324. Percent return on investment (ROI) sebelum pajak 44,66% dan

setelah pajak 33,49%. Pay out time (POT) sebelum pajak 1,83 tahun dan setelah

pajak 2,3 tahun. Break even point (BEP) sebesar 40,16%, dan shut down point

(SDP) sebesar 27,64% dan discounted cash flow (DCF) terhitung sebesar 42,55%.

Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan, bahwa pabrik ini

menguntungkan dan layak untuk didirikan.

Kata kunci: maleic anhydride, proses oksidasi n-butana, reaktor fixed bed

multitube

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu

negara berkembang, yang memiliki

banyak potensi. Salah satunya adalah

potensi bahan alam yang tersedia

melimpah di negara ini. Bila potensi

ini diolah dengan baik tentunya dapat

menjadi penyokong perekonomian.

Tidak dapat dipungkiri bahwa

perekonomian Indonesia dari waktu

ke waktu mengalami perubahan yang

cukup signifikan. Salah satu

pengolahan yang tepat adalah

industri kimia yaitu maleic

anhydride. Dapat dilihat dari

kebutuhan ekspor maleic anhydride

ke Indonesia dari tahun 2010-2012

terus mengalami kenaikan, hal ini

juga ditunjukkan oleh angka impor

yang terus meningkat di tahun

tersebut(Data ekspor-impor BPS,

2012). Dengan didirikannya pabrik

maleic anhydride diharapkan dapat

memenuhi kebutuhan dalam negeri

yang semakin meningkat dan

memberikan lapangan kerja bagi

masyarakat Indonesia.

Maleic anhydride dapat

terbentuk dari oksidasi benzena,

oksidasi butana dan oksidasi butena

dengan katalis vanadium oxide.

Maleic anhydride banyak

dimanfaatkan untuk bahan pembuat

fiber glass, alkyl resin, agricultur

chemical, plastik dan lain-lain

(Krick & Othmer, 1978).

Dari ketiga proses oksidasi yang

ada, proses oksidasi butana paling

menguntungkan untuk digunakan.

Bahan baku ini dapat diperoleh dari

dalam negeri. Bahan baku n-butana

dari PT. Badak NGL di Kalimantan

Timur. Dengan pertimbangan adanya

bahan baku memadai maka

memungkinkan untuk mendirikan

pabrik maleic anhydride di Bontang

Kalimantan Timur.

1.2. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian sebagai

berikut:

1. Mengurangi ketergantungan

impor maleic anhydride.

2. Melakukan diversifikasi produk

yang bernilai ekonomi tinggi yang

nantinya dapat menambah devisa

negara.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kapasitas Rancangan

Produksi

Berdasarkan data statistik

perdagangan bik dalam maupun

Indonesia kebutuhan maleic

anhydride mengalami peningkatan

dalam tiga tahun terakhir terlihat

pada Tabel 1 berikut:

Tabel 1 Data Ekspor Impor maleic anhydride Indonesia

Gambar 1. Grafik kebutuhan ekspor impor maleic anhydride

Dari data diatas diperoleh

bahwa persamaan garis lurus

, diperkiran nilai

ekspor tahun dua ribu dua puluh

(2020) mencapai 14100,7 ton/tahun.

Sedangkan ,

untuk impor dapat mencapai 5886,9

ton/tahun. Sehingga pabrik maleic

anhyride berkapasitas 35.000

ton/tahun.

y = 492.64x + 468.37 R² = 0.9477

y = 885.71x + 4358.9 R² = 0.9994

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Ke

bu

tuh

an (

ton

/tah

un

)

Tahun ke-

Impor

Ekspor

No Tuhun Ekspor

(ton/tahun)

Impor

(ton/tahun)

1 2010 5.257,453 1.027,809

2 2011 6.104,674 1.320,033

3 2012 7.652,000 2.013,084

2.2. Proses Produksi Maleic

Anhydride

Maleic anhydride diproses dari 3

cara yaitu

1. Reaksi oksidasi benzena

Proses oksidasi benzena

menggunakan katalis padat

vanadium oxide yang diletakkan

dalam multitube dengan pendingin

dari suatau larutan tang disirkulasi

melalui shell side dari reaktor.

Recovery gas maleic anhydride yang

terbentuk dicairkan dengan

mengunakan kondensasi parsial,

sedangkan gas yang belum

terkondensasi dialirkan ke scrubber

untuk dicuci sebagai maleic

anhydride dan proses selanjutnya

dilakukan proses pemurnian.

2. Reaksi oksidasi butana

Maleic anhydride dengan

oksidasi butana menggunakan katalis

vanadium phophorus oxide (VPO)

reaksi yang berjalan sangat

eksotermis.

Dalam pembentukan maleic

anhydride dengan reaksi oksidasi

merupakan reaksi eksotermis. Panas

eksotemis reaksi yaitu 390-430oC.

Reaksi butan menjadi maleic

anhydride mencapai yeild maksimum

pada konversi 85% (Krick &

Othmer, 1978).

3. Reaksi oksidasi butena

Sedikit pabrik yang

menggunakan bahan baku butena

sebagai bahan baku dalam

pembuatan maleic anhydride. Karena

reaksi yang terjadi merupakan reaksi

analog dengan reaksi butena.

DISKRIPSI PROSES

3.1 Tinjauan Termodinamika

Pembuatan maleic anhydride

merupakan reaksi oksidasi n-butana

yang bersifat eksotermis dan

irreversible. Untuk mengetahui

bagaimana reaksi berjalan baik

secara bolak-balik ataupun searah,

dibutuhkan harga konstanta

kesetimbangnan reaksi (K). Reaksi:

C4H10 + 3,5 O2 C4H2O3 + 4 H2O

Data ΔHf untuk masing-masing

komponen pada temperatur 298 K,

tekanan 1 atm adalah:

- n-C4H10 : -126,15 kJ/mol

- H2O : -241,80 kJ/mol

- O2 : 0 kJ/ mol

- C4H2O3 : -398,30 kJ/mol

Sehingga ΔH 298 pada reaksi diatas

= ΔHfo produk - ΔHf

o reaktan

= (ΔHfo

C4H2O3 + 4 x ΔHfo

H2O) –

(ΔHfo C4H2O3 + 3 ½ ΔHf

o O2)

= (-398,30 + 4 x (-241,80)) –

(-126,15 + 3 x 0) kJ/mol

= -1365,5 – ( - 126,15) kJ/mol

= - 1239,35 kJ/mol

ΔHo

reaksi bernilai negatif sehingga

reaksi bersifat eksotermis. Persamaan

Van’hoffuntuk mengetahui berjalan

secara reversible ataupun

irreversible. Data ΔGo pada tekanan

1 atm dan temperatur 298 K :

- n-C4H10 : -17,15 kJ/mol

- H2O : -228,45 kJ/mol

- O2 : 0 kJ/ mol

- C4H2O3 : -355,60 kJ/mol

Sehingga ΔH 298 pada reaksi diatas

= ΔGfo produk - ΔGf

o reaktan

= (ΔGfo

C4H2O3 + 4 x ΔGfo

H2O) –

(ΔGfo C4H2O3 + 3 ½ ΔGf

o O2)

= (-355,60 + 4 x (-228,45)) –

(-17,15 + 3 x 0) kJ/mol

= - 1251,71 kJ/mol

(Yaws, 1979)

3.2 Tinjauan Kinetika

Reaksi pembentukan maleic

anhydride dengan oksidasi butana

merupakan reaksi oksidasi katalitik

dengan menggunakan vanadium

phosphorous oxide (VPO) sebagai

katalis. Selain produk utama,

dihasilkan produk samping berupa

karbondioksida dan karbomonoksida.

Persamaan kecepatan reaksi

pembentukan maleic anhydride

sebagai berikut :

( )

( )

(

)

( )

(

)

( )

Dimana:

k1 : konstanta laju reaksi, kmol/

(kg katalis s Pa) (k1 : 9,66.10-5

; k2

: 1,72.10-5

; k3 : 2,21.10-5

)

r1 : laju reaksi, kmol/ (kg katalis

s Pa)

kdiss : konstanta dissosiasi, Pa-1

(

kdiss : 0,11.10-5

)

ksorpt : konstanta adsorpsi,

Pa-1

( ksorpt : 0,42.10-5

)

(Schneider, Emig, & Hoffmann,

1987)

3.3 Langkah Proses

Proses pembuatan maleic

anhydride dengan oksidasi butana

terbagi menjadi 3 tahap, yaitu:

1. Tahap penyiapan bahan baku

2. Tahap sintesa maleic anhydride

3. Tahap pemurnian

Tahap pertama yaitu penyiapan

bahan baku, bahan baku yang berupa

LPG butana yang disimpan dalam

tangki (T-01) dalam bentuk cair

dengan kondisi operasi 19,27 oC

tekanan 2 atm, kemudian dipompa

(P-02) menuju vaporizer (VP-01)

untuk merubah fasenya menjadi gas.

Udara yang merupakan sumber

oksigen (21%) dengan suhu 30oC

tekanan 1 atm. Udara yang diserap

dari lingkungan ini dinaikan

tekanannya terlebih dahulu menjadi 2

atm dengan kompresor (K-01).

Keluaran vaporizer yang berupa gas

butana akan di furnace (Fn-01)

bersama udara, untuk ditingkatkan

suhunya sebesar 390oC. Selanjutnya

masuk ke reaktor (R-01) untuk

proses sintesa menjadi maleic

anhydride.

Tahap sintesa maleic anhydride

dengan mereaksikan n-butana dan

oksigen (O2) dengan kondisi operasi

reaksi 390oC tekanan diatas

atmosferis (2 atm) didalam reaktor

fixed bed multitube dan katalis

vanadium phosphorous oxide (VPO).

Konversi butana menjadi maleic

anhydride sebesar 85%, dengan yeild

50-60% dan selektivitasnya 65-75%.

Reaksi:

C4H10 + 3,5 O2 C4H2O3 + 4 H2O

(

)

C4H10 + 6,5 O2 4 CO + 5 H2O

C4H10 + 6,5 O2 4 CO2 + 5H2O

(Krick & Othmer, 1978)

Reaksi yang berlangsung diatas

ialah reaksi eksotermis. Sehingga

dibutuhkan pendingin untuk menjaga

reaksi, adapun pendingin yang

digunakan ialah downtherm A.

Produk yang dihasilkan reaktor

berupa campuran gas dengan suhu

376,603 oC dengan tekanan 1,76 atm.

Kemudian produk yang telah

terbentuk dialirkan ke absoeber (AB-

01) untuk proses pemurnian.

Proses pemurnian maleic

anhydride melalui 3 alat, yaitu

dengan absorber (AB-01), stripper 1

(S-01) kemudian stripper 2 (S-02).

Absorben ini bertujuan untuk

memisahkan maleic anhydride

dengan oksigen, n-butana, i-butana,

pentana dan etana yang tidak

bereaksi, serta CO, CO2 yang

merupakan produk samping sintesa

maleic anhydride.

Campuran gas yang keluar dari

reaktor (R-01) diturunkan

tekanannya menjadi 1,1 atm dengan

expander (E-01) terlebih dahulu,

kemudian didinginkan dengan cooler

(Co-01) untuk dialirkan ke absorber

(AB-01) melalui bagian bawah,

sedangkan penjerap yaitu dibuthyl

phalaet dilewatkan melalui atas.

Keduanya dikontakkan secara

langsung, dimana campuran gas yang

berisikan maleic anhydride akan

dijerap oleh dibuthyl phtalate keluar

sebagai hasil bawah absorber (AB-

01). Selanjutkan dialirkan ke stripper

1 (S-01). Dalam stripper 1 (S-01)

dipisahkan antara maleic anhydride

dengan penjerap. Penjerap yang

keluar melalui bagian bawah akan di

recycle kembali ke absorber (AB-01)

dan hasil atas yang kaya akan maleic

anhydride akan lanjut ke stripper 2

(S-02). Stripper 2 (S-02) bertugas

untuk memurnikan larutan maleic

anhydride dengan air dan sedikit

dibuthyl phlat hasil pemisahan

stripper 1. Diharapkan produk

stripper 2 (S-02) mengandung 99,5%

maleic anhydride dan sedikit air.

Sedangkan hasil atas absorber

(AB-01) yang berisikan hasil

samping dan sedikit produk serta

bahan yang tidak habis bereaksi

seperti n-butana, yang nantinya akan

dibuang kelingkungan. Namun

karena jumlah n-butana yang tidak

habis bereaksi masih cukup banyak

sehinnga perlu di recycle kembali

kedalam reaktor (R-01). Proses

recycle n-butana ini dengan

pendinginan pada chiller dan

dipisahkan dengan separator. Dimana

hasil bawah separator yang berupa

cairan n-butana, i-butana, pentana

dan etana di recycle kemabli bersama

make-up bahan baku. Dan hasil atas

akan dibuang kelingkungan.

3.4 Spesifikasi Alat Utama Proses

Reaktor (R-01)

Fungsi : Mereaksikan

n-butana dengan oksigen menjadi

maleic anhydride

Tipe : Fixed bed

multitube

Jumlah : 1 buah

Bahan konstruksi : Stainless

steel

Kondisi operasi :

Suhu : 390oC

Tekanan : 2 atm

Fase reaksi : gas-gas

Dimensi :

Diameter shell : 2,28 m

Tinggi shell : 0,01 m

Tinggi head : 0,30 m

Volume reaktor :15,69 m3

Tinggi reaktor : 5,34 m

Katalis :

Nama : Vanadium

Phosphorous Oxide (VPO)

Absorber (AB-01)

Fungsi : Menyerap

maleic anhydride hasil reaksi dari

reaktor

Tipe : Packed tower

Jumlah : 1 buah

Bahan konstruksi : Carbon steel

SA-283 grade C

Kondisi operasi :

Suhu : 250 oC

Tekanan : 1,08 atm

Tinggi packing : 7,52 m

Jenis packing : Raschingring

Diameter menara : 5,49 m

Tinggi menara : 10,20 m

Tebal shell : 0,01 m

Tebal head : 0,01 m

Stripper (S-01)

Fungsi : Memisahkan

dibutyl phthalate dari maleic

anhydride

Tipe : Packed tower

Jumlah : 1 buah


SA-283 grade C

Kondisi operasi :

Suhu : 105 oC

Tekanan : 1 atm


Jenis packing : Berl saddle




Tebal head : 0,45 m

Stripper (S-02)

Fungsi : Memurnikan

maleic anhydride

Tipe : Packed tower

Jumlah : 1 buah


SA-283 grade C

Kondisi operasi :

Suhu : 104 oC

Tekanan : 1 atm


Jenis packing : Berl saddle




Tebal head : 0,43 m

Separator (SP-01)

Fungsi : Memisahkan

gas cair keluaran chiller 01

Tipe : Vertikal

separator flash drum

Jumlah : 1 buah


SA-283 grade C

Kondisi operasi :

Suhu : 16,65 oC

Tekanan : 1,07 atm

Dimensi :

Diameter : 3,56 m

Tinggi : 8,39 m

Volume : 82,53 m3


Tebal head : 0,38 m

Separator (SP-02)

Fungsi : Memisahkan

gas cair keluaran chiller 02

Tipe : Vertikal

separator flash drum

Jumlah : 1 buah


SA-283 grade C

Kondisi operasi :

Suhu : -133,8 oC

Tekanan : 1,03 atm

Dimensi :

Diameter : 5,78 m

Tinggi : 13,4 m

Volume : 354,15 m3


Tebal head : 0,31 m

ANALISIS EKONOMI

Total penjualan produk per tahun :

Rp. 924.000.000.000,00

Total biaya produksi :

Rp. 774.720.488.902,00

Keuntungan sebelum pajak :

Rp. 149.279.511.098,00

Pajak di Indonesia :

25%

Keuntungan setelah pajak :

Rp. 111.959.633.324,00

a. Percent return on invesment

(ROI)

ROI sebelum pajak : 44, 658 %

ROI setelah pajak : 33,494 %

b. Pay out time (POT)

POT sebelum pajak : 1,83 tahun

POT setelah pajak : 2,30 tahun

c. Break event point (BEP)

BEP : 40,155 %

d. Shut down point (SDP)

SDP : 27,638 %

Gambar 2. Grafik analisis ekonomi

KESIMPULAN

Hasil analisis kelayakan

ekonomi adalah sebagai berikut:

1. Keuntungan sebelum pajak US$

12.439.959,26 per tahun

Keuntungan setelah pajak US$

9.329.969,44 per tahun

2. ROI (Return On Investment)

sebelum pajak 44, 658 %

ROI (Return On Investment)

sesudah pajak 33,494 %

ROI (Return On Investment)

sebelum pajak untuk pabrik

beresiko tinggi minimal 44%.

3. POT (Pay Out Time) sebelum

pajak 1,83 tahun

POT (Pay Out Time) sesudah

pajak 2,30 tahun

POT (Pay Out Time) sebelum

pajak untuk pabrik beresiko tinggi

maksimal 2 tahun.

4. BEP (Break Even Point) adalah

40,155 % dan SDP (Shut Down

Point) adalah 27,638 %. BEP

untuk pabrik kimia pada

umumnya berkisar antara 40% -

60% dan SDP antara 20-30%

5. DCF (Discounted Cash Flow)

adalah 42,547%. DCF yang dapat

diterima harus lebih besar dari

bunga pinjaman di bank.

Dari data hasil perhitungan

analisis ekonomi di atas dapat

disimpulkan bahwa pabrik maleic

anhydride layak untuk didirikan.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. (2010, September).

Chemical Engineering Plant

Cost Index. Dipetik July 2014,

dari http://goliath.ecnext.com

Anonim. (2014, July). Matche.

Dipetik July 2014, dari

http://www.matche.com

Anonim. (2011, April 1). Perbedaan

LPG, LNG dan Gas Alam.

Dipetik May 6, 2014, dari

http://teknikmesinunbb.blogspot.

com

Aries, R., & Newton, R. (1955).

Chemical Engineerring Cost

Estimation. New York: Mc

Graw Hill Book Co.

Bird, R., Stewart, W., & Lightfoot,

E. (1960). Transport

Phenomena. New York: John

Wiley and Sons.

Brown, G. G. (1978). Unit

Operation. New York: John

Wiley and Sons.

Brownell, L., & Young, E. (1979).

Process Equipment Design. New

York: John Wiley and Sons.

Coulson, J., & Richardson, J. (1983).

Chemical Engineering Design.

Oxford: Pergason Press.

Kern, D. (1950). Process Heat

Transfer. New York: Mc Graw

Hill Internasional Book

Company.

Krick, R., & Othmer, D. (1978).

Encycloepedia of Chemical

Technology. New York: A

Willey Interscience Publication.

Ludwig, E. (1964). Applied Process

Design for Chemical and

Petrochmical Plant. Boston:

Gulf Publishing Company.

Perry, R. G. (1997). Perry's

Chemical Engineer's Handbook.

New York: Mc Graw-HillBook

Company.

Peter, M., & Timmerhaus, K. (2003).

Plant Design and Economic for

Chemical Engineering. New

York: Mc Graw Hill

Internasional Book Company.

Schneider, A., Emig, G., &

Hoffmann, H. (1987). Kinectics

Investigation and Reactor

Simulation for The Catalityc

Gas-Phase Oxidation of n-

Butana to Maleic Anhydride.

Smith, J., & Van Ness, H. (1975).

Introduction to Chemical

Engineering Thermodynamics.

Tokyo: Mc Graw Hill

Kogakusha.

Statistika, B. P. (2012, Desember).

Statistika Perdagangan Luar

Negeri Indonesia. Dipetik April

2013, dari http://bps.co.id

Sukandar, D. (2011, March 18).

Perseroan Terbatas. Dipetik

April 2014, dari

http://hukum.kompasiana.com

Treybal, R. (1980). Mass Trasfer

Operation. Tokyo: Mc Graw

Hill Kogakusha.

Ulrich, G. (1954). A Guide to

Chemical Enguneering Process

Design and Economics. Canada:

John Wiley and Sons.

Yaws, C. (1979). Thermodynamic

and Physical Properti Data.

Singapore: Mc Graw Hill Book

Co.

naskah publikasi prarancangan pabrik maleic …eprints.ums.ac.id/31209/23/naskah_publikasi.pdf ·...

Documents