NASKAH PUBLIKASI

PRARANCANGAN PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN

SULFONAT

DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM

KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh

Gelar Sarjana Strata I Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh:

WAWAN KURNIAWAN

D 500 100 026

Dosen Pembimbing:

Dr. Ir. AHMAD M. FUADI, MT

ROIS FATONI ST, M.Sc, Ph.D

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

SURAKARTA

2015

3

INTISARI

Sodium dodekilbenzen sulfonat (SDBS) merupakan surfaktan, yaitu bahan

baku yang digunakan sebagai bahan pembersih, bahan dasar pembuatan sabun dan

deterjen serta pembersih lainnya. Senyawa SDBS memiliki sifat linier-alkilbenzen

sulfonat (LAS) yaitu rantai alkil lurus yang mampu berdegradasi dengan bantuan

mikroorganisme sehingga dapat terurai secara alami di air. Kebutuhan deterjen

oleh masyarakat saat ini semakin meningkat baik untuk konsumsi rumah tangga

maupun industri, ini berarti kebutuhan SDBS sebagai bahan baku deterjen juga

semakin meningkat.

Pabrik SDBS berkapasitas 120.000 ton per tahun dengan kemurnian 85%

direncanakan akan didirikan di Tangerang, Banten. Pabrik ini membutuhkan

bahan baku dodekilbenzen (DDB) sebanyak 77.623,04 ton/tahun, oleum 20%

sebanyak 95.670,3938 ton/tahun dan NaOH 40% sebanyak 36.381,82 ton/tahun.

Utilitas yang diperlukan meliputi air sebanyak 211.177,7572 kg/jam, listrik

829,083 kW, bahan bakar 365,15 L/jam, steam 3.032,9293 kg/jam. Reaksi antara

DDB dan oleum 20% merupakan reaksi sulfonasi dalam fase cair membentuk

dodekilbenzen sulfonat (DDBS). Proses sulfonasi dilakukan dalam Reaktor Alir

Tangki Berpengaduk (RATB) pada suhu konstan sebesar 46 C dan tekanan 1 atm.

Untuk memurnikan hasil sulfonasi yang mengandung asam, maka sisa asam

dipisahkan dengan menggunakan decanter. Kemudian DDBS, sedikit DDB dan

H2SO4 dinetralkan dengan NaOH 20% menghasilkan SDBS. Untuk mengurangi

kadar air dalam SDBS, digunakan evaporator untuk memekatkan SDBS.

Sehingga diperoleh hasil utama SDBS dengan kemurnian 85%.

Hasil analisa ekonomi pabrik SDBS kapasitas produksi 120.000 ton per

tahun adalah hasil penjualan rata-rata pertahun sebesar Rp. 8.138.098.902.230,72.

Adapun keuntungan sebelum membayar pajak sebesar Rp. 446.567.251.870,72

dan keuntungan setelah dipotong pajak 30% sebesar Rp. 312.597.076.309,50.

Biaya produksi rata-rata pertahun sebesar Rp. 6.195.717.819.875,50. Pay Out

Time (POT) sebelum pajak selama 1,17 tahun dan setelah pajak selama 1,59

tahun, Rate Of Return Investement (ROI) sebelum pajak sebesar 75,37% dan

setelah pajak sebesar 52,76%, Break Even Point (BEP) sebesar 54,2%. Shut Down

Point (SDP) sebesar 46,31%. Umur pabrik selama 10 tahun dan Discounted Cash

Flow Rate (DCFR) sebesar 39,5%.

Kata Kunci : Sulfonasi, isothermal, sodium dodecylbenzene sulphonate

4

A. PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Pertumbuhan dan perkembangan

teknologi di era modern saat ini,

mengakibatkan pentingnya

penggunaan deterjen sebagai

senyawa sintetik untuk mencuci

peralatan industri-industri maupun

rumah tangga. Sehubungan dengan

hal tersebut, pemerintah mengambil

kebijaksanaan yang pada hakekatnya

bertujuan untuk mengurangi

ketergantungan terhadap negara lain

dalam memenuhi kebutuhan

masyarakat berupa deterjen yaitu

dengan membangun industri-industri

yang dapat mengganti peranan bahan

impor. Disamping itu, dengan

didirikannya pabrik industri SDBS

akan mendorong berdirinya pabrik-

pabrik lain yang menggunakan bahan

dasar SDBS untuk bisa

dikembangkan kembali dalam

teknologi yang lebih luas di

Indonesia.

SDBS merupakan senyawa

yang mudah terurai secara alamiah

dalam air karena memiliki sifat

linier-alkilbenzen sulfonat (LAS).

LAS yaitu rantai alkil lurus yang

mampu mendegradasi surfaktan

dengan bantuan mikroorganisme.

Surfaktan berfungsi menurunkan

tegangan permukaan dari air dengan

membentuk missel yang digunakan

dalam menurunkan konsentrasi kadar

minyak dan noda kotoran pada

pakaian.

SDBS merupakan bahan dasar

pembuatan sabun dan deterjen serta

pembersih lainnya.

2. Kapasitas Perancangan Pabrik

Berdasarkan data dari Badan

Pusat Statistik (BPS), kebutuhan

impor SDBS di Indonesia semakin

meningkat tahun 2007-2012 yang

dapat dilihat pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1. Data Impor Sodium

Dodekilbenzen Sulfonat di Indonesia

No. Tahun Kebutuhan

(ton/Tahun)

1. 2007 154.030

2. 2008 164.642

3. 2009 174.356

4. 2010 180.737

5. 2011 181.152

6. 2012 185.142

5

Dirancang pabrik dibangun

pada tahun 2020, dengan prediksi

impor sebesar 236.840 ton/tahun.

Pabrik yang sudah ada di indonesia

yaitu PT. Aktif Indonesia Indah

dengan kapasitas sebesar 100.000

ton.tahun. Sehingga ditetapkan

kapasitas perancangan pabrik sebesar

120.000 ton/tahun.

Lokasi pendirian pabrik

direncanakan di daerah Tangerang,

Banten dikarenakan bahan baku

didapat dari pabrik didaerah Banten,

mudah akses baik jalur darat maupun

jalur laut, Tangerang juga merupakan

kawasan industri.

B. DESKRIPSI PROSES

1. Konsep Reaksi

SDBS adalah bahan deterjen

yang mudah larut dalam air, dengan

lebih dari 80.000 isomer dari C10-C15

pada rantai alkil, tetapi pada

umumnya yang sering digunakan

adalah dodekan. (Peters and

Timmerhaus, 1991).

SDBS dapat dibuat melalui reaksi

antara DDB dengan H2SO4 100%,

oleum 20% atau anhydrous sulfur

trioxide dengan suhu antara 37,78-

60 C. (Peters and Timmerhaus,

1991).

Proses pembuatan SDBS terdiri

atas 2 tahap, yaitu tahap sulfonasi

dan tahap netralisasi. Reaksi

sulfonasi mencapai konversi 99%

jika perbandingan oleum 20%

dengan DDB adalah 1:1,25. Proses

sulfonasi beroperasi dengan suhu

optimum berkisar 37,78-60 C.

(Peters and Timmerhaus, 1991).

Reaksi utama yang terjadi dalam

proses sulfonasi:

C6H5(C12H25) + H2S2O7

DDB Oleum

SO3C6H5(C12H25) + H2SO4

DDBS asam sulfat

(Peters and Timmerhaus, 1991).

Reaksi samping:

SO3HC6H5(C12H25)+H2S2O7

DDBS

SO3HC6H5(C12H25)SO3H + H2SO4

Disulfonat

atau;

SO3HC6H5(C12H25+C6H5(C12H25)

DDBS DDB

C12H25(C6H5)SO3(C6H5)C12H25+

H2O Sulfon

Asam sulfonat yang masih ada

dinetralkan dengan larutan NaOH

20-50% pada suhu 50-55 C (Peters

and Timmerhaus, 1991). Reaksi

6

netralisasi bersifat eksotermis dengan

panas reaksi 6-8 kali panas reaksi

sulfonasi. (Austin, 1984).

Reaksi netralisasi:

SO3HC6H5(C12H25) + NaOH

SO3NaC6H5(C12H25) + H2O

H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4+2H2O

Reaksi netralisasi yang

bersifat eksotermis perlu

pendinginan supaya suhu reaksi

dapat dijaga konstan sebesar 55 C.

2. Uraian Proses

Untuk mendapatkan produk yang

optimum, proses yang terjadi adalah

sebagai berikut :

a. Persiapan bahan baku

DDB dan oleum 20% disimpan

pada suhu dibawah suhu lingkungan

yaitu 30oC dan tekanan 1 atm.

Perbandingan massa umpan DDB

dan oleum 20% yang masuk reaktor

adalah 1:1,25.

b. Proses sulfonasi

Proses sulfonasi terjadi di reaktor

alir tangki berpengaduk (RATB)

pada suhu 46 oC dan tekanan 1 atm.

Dengan konversi sebesar 99%. Pada

reaktor dilengkapi dengan koil

pendingin untuk menjaga suhu agar

tetap konstan.

Kemudian dipompakan menuju

mixer-01 untuk menurunkan kadar

H2SO4 menjadi 78% agar mudah

dipisahkan.

c. Proses pemisahan

Pemisahan asam sulfat terjadi di

Decanter dimana asam sulfat keluar

sebagai hasil bawah Decanter

sebagai fase berat yang kemudian

dipompakan ke tangki penyimpan

sebagai produk samping dan

disimpan pada suhu 32oC dan

tekanan 1 atm.

Hasil atas Decanter sebagai fase

ringan terdiri dari DDBS, sedikit

DDB dan H2SO4 dialirkan menuju

Netraliser untuk direaksikan dengan

NaOH.

d. Proses netralisasi

Di netraliser terjadi reaksi antara

DDBS dengan NaOH 20%

membentuk SDBS dan reaksi antara

H2SO4 dengan NaOH membentuk

Na2SO4. Reaksi ini terjadi pada suhu

55oC dan tekanan 1 atm.

Pada pabrik ini digunakan NaOH

40% sehingga harus diencerkan

terlebih dahulu didalam Mixer-02

7

untuk memperoleh kadar NaOH 20%.

e. Proses pemurnian

SDBS yang keluar dari

netraliser dipompaka menuju

Mixer-03 untuk ditambahkan

bahan building. Kemudian bahan

dipekatkan di Evaporator hingga

kadar air menjadi 3%. Produk

kemudian dipompakan menuju

tangki penyimpan.

3. Tinjauan Termodinamika

Ditinjau dari segi

thermodinamika, dengan

penetapan harga kesetimbangan

reaksi dapat menunjukkan reaksi

dapat balik atau tidak. Reaksi

SDBS terdiri dari 2 reaksi, reaksi

sulfonasi dan reaksi netralisasi.

1. Reaksi sulfonasinya adalah:

C12H25C6H5 + H2SO4

C12H25C6H4SO3H + H2O

H2O + SO3 H2SO4

C12H25C6H5 + SO3

C12H25C6H4SO3H

Menurut Kirk dan Othmer

(1983) rH untuk reaksi

pembentukan DDBS adalah -118,25

kJ/mol. Berdasarkan harga rH

dapat disimpulkan bahwa reaksi

pembentukan DDBS dari DDB dan

oleum merupakan reaksi eksotermis.

Dikatakan eksotermis bila rH

negatif. Reaksi sulfonasi merupakan

reaksi yang tidak dapat balik

(irreversible).

2. Reaksi netralisasi

SO3H.C6H5(C12H25) + NaOH

SO3Na.C6H5(C12H25) + H2O

Menurut Kirk Othmer (1983)

rH untuk reaksi pembentukan

DDBS adalah -39 kJ/mol.

Berdasarkan hargarH dapat

disimpulkan bahwa reaksi

pembentukan DDBS dari DDB dan

oleum merupakan reaksi eksotermis.

Dikatakan eksotermis bila rH

negatif. Reaksi sulfonasi merupakan

reaksi yang tidak dapat balik

(irreversible).

C. SPESIFIKASI ALAT

PROSES

1. Reaktor

Fungsi : Mereaksikan DDB

sebanyak 9.800,889 kg/jam dengan

oleum 20% sebanyak 12.079,595

kg/jam

8

Jenis : Reaktor Alir Tangki

Berpengaduk (RATB) dilengkapi

dengan koil pendingin.

Kondisi Operasi: Tekanan : 1 atm

Suhu : 46°C

Volume : 56,4270 m3

Bahan : Stainlees steel

Diameter : 3,5882 m

Tinggi : 4,2924 m

Tebal shell : ¼ in

Tebal head : 5/16 in

Jumlah reaktor : 3 buah

Pengaduk

Jenis : Six blades turbine

Diameter Impeller : 1.1961 m

Lebar Impeller : 0.2990 m

Panjang Impeller : 0.2392 m

Jumlah baffle : 4 buah

Lebar baffle : 0.2990 m

Kecepatan putar : 55,2548 rpm

Power pengaduk : 18,2574 Hp

Power Motor : 25 Hp

NEMA

Bahan : Carbon steel

SA 302 Grade A

Jumlah pengaduk : 1 buah

Pendingin

Media : Air

Jenis : koil pending

Diameter pipa : 6 in

ID : 6,065 in

OD : 6,625 in

A : 28,9 in2

A” : 1,734 ft2/ft

Diameter lilitan koil : 2,8705 m

Luas perpindahan panas:1.589,098

ft2

Panjang koil : 279,4 m

Jumlah lilitan koil : 31 lilitan

Tinggi tumpukan koil : 2,861 m

2. Netraliser

Fungsi : Menetralkan DDBS dengan

NaOH 20%.

Jenis : Reaktor Alir Tangki

Berpengaduk (RATB) yang

dilengkapi dengan koil pendingin.

Kondisi Operasi: - Tekanan : 1 atm

: - Suhu : 55°C

Volume : 275,3948 m3

Bahan : Carbon steel SA

302 Grade A

Diameter : 6 m

Tinggi : 7,3315 m

Tebal shell : 3/8 in

Tebal head : 5/16 in

Pengaduk

Jenis : Six blades turbin

Diameter Impeller : 1,9995 m

Lebar Impeller : 0,4999 m

Panjang Impeller : 0,3999 m

Lebar baffle : 0,4999 m

9

Kecepatan putar : 41,1580

rpm

Power pengaduk : 55,2335 Hp

Power Motor : 70 Hp

Bahan : Stainless Steel SA 302

Grade A

Jumlah pengaduk : 1 buah

D. UTILITAS

1. Kebutuhan Air

Kebutuhan air di pabrik meliputi:

a. Air Proses

Kebutuhan air untuk pengenceran

pada mixer 1 dan 2 = 8.307,158

kg/jam

b. Air pendingin

Kebutuhan air pendingin =

896.788,282 kg/Jam. Air pendingin

80% disirkulasi kembali, dan

diperlukan air make-up 20%

= 20 % x 896.788,282 kg/jam

= 179.357,6564 kg/jam

c. Air Pembangkit steam

Kebutuhan air pembangkit steam

= 3.032,9293 kg/jam. Air

pembangkit steam 70% disirkulasi,

diperlukan make-up 30% wt= 30% x

3.032,9293 kg/jam

= 909,8788 kg/jam

d. Air sanitasi

Air kantor dan Rumah tangga

Karyawan: 1.000 kg/jam

Laboratorium: 20,833 kg/jam

Kantin, Mushola dan taman :

208,33 kg/jam

Poliklinik : 20,833 kg/jam

Total kebutuhan air kantor : 1.250

kg/jam

2. Kebutuhan Air Secara

Kontinyu:

a. Air proses : 8.307,158

kg/jam

b. Air make-up pendingin :

179.357,6564 kg/jam

c. Air make-up pembangkit

steam : 909,8788 kg/jam

d. Air kantor dan rumah tangga:

1.250 kg/jam

3. Kebutuhan Steam

a. Kebutuhan steam = 3.032,929

kg/jam

b. Luas transfer panas=

2.336,142 ft²

c. Kapasitas boiler (Q) =

6.516.930,727 Btu/jam

d. Kebutuhan bahan bakar =

388,80 liter/jam

4. Kebutuhan Listrik

10

Total kebutuhan listrik yang

dibutuhkan sebesar 584 Kw,

faktor keamanan 20% sehingga

kebutuhan lisrik total sebesar 701

kW sehingga digunakan input

generator sebesar 900 Kw.

E. MANAJEMEN

PERUSAHAAN

Bentuk perusahaan berupa

Perseroan Terbatas (PT), dengan

status perusahaan milik swasta yang

berkapasitas 120.000 ton/tahun yang

akan didirikan didaerah Tangerang,

Banten.

F. ANALISIS EKONOMI

1.Analisis Keuntungan

Penjualan produk yang

dihasilkan dalam satu tahun sebesar

Rp. 8.138.098.902.230,72. Untuk

total biaya produksi sebesar Rp

7.694.644.134.677,49. Sehingga

keuntungan sebelum pajak sebesar

Rp. 439.454.767.553,23. Untuk

pajak 30% sehingga keuntungan

yang didapatkan setelah pajak

sebesar Rp. 307.618.337.287,26.

2.Analisis kelayakan

a. ROI yaitu perkiraan laju

keuntungan setiap tahun yang bisa

mengembalikan modal investasi.

ROI sebelum pajak didapat 74,68%

dan setelah pajak 52,28%.

b. Pay Out Time adalah jumlah tahun

yang dibutuhkan untuk kembalinya

capital investment dengan profit

sebelum dikurangi depresiasi.

Didapatkan POT sebelum pajak 1,18

tahun dan setelah pajak 1,61 tahun.

c. Break even point adalah titik

imbang yaitu tidak mempunyai suatu

keuntungan dan kerugian.

Didapatkan BEP sebesar 54,6%.

d. Shut Down Point (SDP) adalah

dimana pabrik mengalami kerugian

sebesar fixed cost sehingga pabrik

harus ditutup. Didapatkan SDP

sebesar 46,75%.

e. Discounted cash flow (DCF)

Analisis kelayakan ekonomi dengan

menggunakan ”Discounted Cash

Flow” merupakan perkiraan

keuntungan yang diperoleh setiap

tahun didasarkan pada jumlah

investasi yang tidak kembali pada

setiap tahun selama umur ekonomi.

Didapatkan DCF sebesar 39,3%.

11

G. KESIMPULAN

Dari analisis keuntungan dan

analisis kelayakan didapatkan

kesimpulan bahwa pabrik SDBS ini

merupak pabrik dengan resiko yang

rendah.

H. DAFTAR PUSTAKA

Aries, R.S., and Newton,

R.D., 1955, Chemical Engineering

Cost Estimation, Mc Graw Hill

Handbook Co., Inc., New York.

Austin, G.T., 1984, Shreve’s

Chemical Process Industries, 5th

ed.,

Mc Graw Hill Book Co., Inc., New

York.

Badan Pusat Statistik, 2013,

“Statistik Perdagangan Luar

Negeri”.Jakarta.

Brown, G.G., Donal Katz,

Foust, A.S., and Schneidewind, R.,

1978, Unit Operation, Modern Asia

Edition, John Wiley and Sons, Ic.,

New York.

Brownell, L.E., and Young,

E.H., 1959, Process Equipment

Design, John Wiley and Sons, Inc.,

New York.

Coulson, J.M., and

Richardson, J.F., 2005, Chemical

Engineering, Vol 6, Pergamon

Internasional Library, New York.

Groggins, P.H., 1958, Unit

Processes in Organics Synthesis, 5th

ed., Mc Graw Hill Book Co., Inc.,

New York.

Kern, D.Q., 1983, Process

Heat Transfer, Mc Graw Hill Book

Co., Inc., NewYork.

Kirk, R.E., and Othmer, D.F.,

1983, Encyclopedia of Chemical

Technology, 3rd

ed., John Wiley and

Sons, Inc., New York.

Perry, R.H., and Green,

D.W., 194, Perry’s Chemical

Engineer’s Handbook, 6th

ed., Mc

Graw Hill Book Co., Inc., New

York.

Peters, M.S., and

Timmerhaus, K.D., 1991, Plant

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

0,00 50,00 100,00

Bia

ya (

Trili

un

Ru

pia

h)

Kapasitas Produksi (%)

12

Design and Economics for Chemical

Engineers, 4th

ed., Mc Graw Hill

Book Co., Inc., New York.

Rase, F.H., 1977, Chemical

Reactor Design for Process Plants,

John Wiley and Sons, Inc., New

York.