prarancangan pabrik akrolein dengan proses …
TRANSCRIPT
i
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK AKROLEIN
DENGAN PROSES OKSIDASI PROPILEN
KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN
Disusun Oleh:
Ahmad Pinandita M.K (I0512005)
PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2017
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iii
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT, karena limpahan
rahmat dan hidayahnya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan
Laporan Tugas Akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Akrolein dengan Proses
Oksidasi Propilen Kapasitas 40.000 Ton/Tahun”.
Tugas akhir ini merupakan syarat untuk memperoleh gelar akademik
Sarjana Teknik selama menempuh studi di Jurusan Teknik Kimia UNS.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan
dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa dan semangat yang
senantiasa diberikan.
2. Dr. Sperisa Distantina, S.T., M.T., dan Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T.,
Ph.D. selaku dosen pembimbing atas bimbingan dan arahannya dalam
penyelesaian tugas akhir ini.
3. Dr. Margono, S.T., M.T., selaku kepala program studi sarjana teknik
kimia Universitas Sebelas Maret.
4. Segenap pihak yang membantu terselesaikannya tugas akhir ini yang tidak
dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari kata
sempurna. Untuk itu, kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan
untuk kesempurnaan tugas akhir ini. Semoga laporan tugas akhir ini dapat
bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.
Surakarta, Januari 2017
Penulis
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iv
DAFTAR ISI
Halaman Judul i
Lembar Pengesahan ii
Kata Pengantar iii
Daftar Isi iv
Daftar Tabel vi
Daftar Gambar ix
Intisari x
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik 1
1.2. Kapasitas Rancangan 2
1.3. Lokasi 6
1.4. Tinjauan Pustaka 9
1.4.1. Macam-macam Proses 9
1.4.2. Kegunaan Produk 11
1.4.3. Sifat Fisik dan Kimia 11
1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum 16
BAB II DESKRIPSI PROSES
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 19
2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku 19
2.1.2. Spesifikasi Produk 19
2.2. Konsep Proses 19
2.2.1. Dasar Reaksi 19
2.2.2. Mekanisme Reaksi 20
2.2.3. Kondisi Operasi 20
2.2.4. Sifat Reaksi 21
2.2.5. Reaksi Samping 25
2.3 Diagram Alir dan Langkah Proses 26
2.3.1. Diagram Alir Proses 26
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
v
2.3.2. Langkah Proses 26
2.4 Diagram Alir Neraca Massa 29
2.4.1. Neraca Massa 29
2.4.2. Neraca Panas 32
2.5. Lay Out Peralatan 41
BAB III SPESIFIKASI ALAT 46
BAB IV UTILITAS DAN LABORATORIUM
4.1. Unit Pendukung Proses 56
4.1.1 Unit Pengadaan Air 57
4.1.2 Unit Pengadaan Steam 64
4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan 65
4.1.4 Unit Pengadaan Listrik 66
4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar 70
4.1.6 Unit Pengadaan Udara Kering 70
4.2. Laboratorium 71
4.2.1. Laboratorium Fisik 72
4.2.2. Laboratorium Analitik 72
4.2.3. Laboratorium Penelitian dan Pengembangan 73
4.3. Unit Pengolahan Limbah 73
4.4. Keselamatan dan Kesehatan Kerja 74
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN
5.1 Bentuk Perusahaan 76
5.2 Struktur Organisasi 77
5.3. Tugas dan Wewenang 78
5.3.1. Pemegang Saham 78
5.3.2. Dewan Komisaris 78
5.3.3. Dewan Direksi 79
5.3.4. Staf Ahli 79
5.3.5. Penelitian dan Pengembangan (Litbang) 80
5.3.6. Kepala Bagian 80
5.3.7 Kepala Seksi 83
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vi
5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan 83
5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah 85
5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji 85
5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan 86
BAB VI ANALISIS EKONOMI
6.1 Penaksiran Harga Peralatan 90
6.2. Dasar Perhitungan 92
6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) 92
6.4. Hasil Perhitungan 93
6.4.1. Fixed Capital Invesment (FCI) 93
6.4.2. Working Capital Invesment (WCI) 94
6.4.3. Total Capital Invesment (TCI) 94
6.4.4. Direct Manufacturing Cost (DMC) 94
6.4.5. Indirect Manufacturing Cost (IMC) 95
6.4.6. Fixed Manufacturing Cost (FMC) 95
6.4.7. Total Manufacturing Cost (TMC) 95
6.4.8. General Expense (GE) 96
6.4.9. Total Production Cost (TPC) 96
6.4.10. Perhitungan Keuntungan Produksi (Profit) 96
6.5 Analisis Kelayakan 97
6.4.1. Percent Profit on Sale (% POS) 97
6.4.2. Percent Return on Invesment (% ROI) 97
6.4.3. Pay Out Time (POT) 97
6.4.4. Break Even Point (BEP) 98
6.4.5. Shutdown Point (SDP) 99
6.4.6. Discounted Cash Flow (DCF) 100
6.6 Pembahasan 103
6.5 Kesimpulan 103
Daftar Pustaka
Lampiran
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Produksi Akrolein Dunia 2
Tabel 1.2 Data Impor Akrolein Indonesia 3
Tabel 1.3 Data Ekspor Akrolein Indonesia 4
Tabel 1.4 Data Kebutuhan Akrolein di Dunia 5
Tabel 2.1 Data-Data Persamaan Kecepatan Reaksi 22
Tabel 2.2 Data Energi Bebas Gibbs pada Suhu 25 oC 22
Tabel 2.3 Data Energi Pembentukan Pada Suhu 25 oC 23
Tabel 2.4 Data Cp (kJ/kmol.K) Masing-masing Komponen 23
Tabel 2.5 Neraca Massa pada Reaktor (R-01) 29
Tabel 2.6 Neraca Massa pada Absorber (A-01) 30
Tabel 2.7 Neraca Massa pada Menara Distilasi I (MD-01) 30
Tabel 2.8 Neraca Massa Keseluruhan (Overall) 31
Tabel 2.9 Neraca Panas pada Heat Exchanger I (HE-01) 32
Tabel 2.10 Neraca Panas pada Pipa Pencampuran Gas Umpan Reaktor 32
Tabel 2.11 Neraca Panas pada Furnace (F-01) 33
Tabel 2.12 Neraca Panas pada Reaktor (R-01) 33
Tabel 2.13 Neraca Panas pada Absorber (A-01) 34
Tabel 2.14 Neraca Panas pada Heat Exchanger II (HE-02) 35
Tabel 2.15 Neraca Panas pada Menara Distilasi I (MD-01) 35
Tabel 2.16 Neraca Panas pada Mixer I (M-01) 36
Tabel 2.17 Neraca Panas pada Heat Exchanger II (HE-03) 36
Tabel 2.18 Neraca Panas Keseluruhan (Overall) 37
Tabel 3.1 Spesifikasi Reaktor 47
Tabel 3.2 Spesifikasi Alat Pemisah 48
Tabel 3.3 Spesifikasi Tangki Penyimpanan Produk Akrolein 49
Tabel 3.4 Spesifikasi Alat Penukar PAnas (Heat Exchanger) 50
Tabel 3.5 Spesifikasi Pompa 51
Tabel 3.6 Spesifikasi Kondensor dan Reboiler 52
Tabel 3.7 Spesifikasi Mixer 53
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
viii
Tabel 3.8 Spesifikasi Furnace 54
Tabel 3.9 Spesifikasi Alat Pendukung 55
Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin 63
Tabel 4.2 Kebutuhan Air untuk Steam 63
Tabel 4.3 Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi 64
Tabel 4.4 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas 66
Tabel 4.5 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan 68
Tabel 4.6 Total Kebutuhan Listrik Pabrik 69
Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift 84
Tabel 5.2 Perincian Golongan, Kualifikasi, Jumlah, dan Gaji Karyawan 85
Tabel 6.1 Indeks Harga Alat Tahun 2006-2014 91
Tabel 6.2 Fixed Capital Invesment 93
Tabel 6.3 Working Capital Invesment 94
Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost 94
Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost 95
Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost 95
Tabel 6.7 General Expense 96
Tabel 6.8 Analisis Kelayakan 101
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik Impor Akrolein Indonesia 3
Gambar 1.2 Grafik Ekspor Akrolein Indonesia 4
Gambar 1.3 Denah Lokasi Pabrik 6
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif 38
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif 39
Gambar 2.3 Diagram Alir Proses 40
Gambar 2.4 Tata Letak Pabrik Akrolein 44
Gambar 2.5 Tata Letak Peralatan Proses Pabrik Acrolein 45
Gambar 4.1 Skema Unit Pengolahan Air KTI 62
Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Akrolein 88
Gambar 6.1 Grafik Linierisasi Indeks Harga 92
Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan 102
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
x
INTISARI
Ahmad Pinandita M.K, 2017, Prarancangan Pabrik Akrolein dengan Proses
Oksidasi Propilen Kapasitas 40.000 Ton/tahun, Program Studi Sarjana
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Pabrik akrolein ini dirancang dengan kapasitas 40.000 ton/tahun,
menggunakan bahan baku propilen : udara : steam adalah 8 : 67 : 25 (% mol).
Bahan baku propilen 99,5%, dengan kebutuhan spesifik 1,03 kg/kg produk dibeli
dari PT Chandra Asri, steam sebanyak 1,38 kg/kg produk, udara 5,95 kg/kg
produk, hidroquinon sebanyak 0,0018 kg/kg produk, air proses sebanyak 7,07
kg/kg produk. Produk samping yang dihasilkan berupa limbah campuran air serta
gas buang sebanyak 6,28 kg/kg produk. Pabrik ini direncanakan akan didirikan di
Cilegon, provinsi Banten pada tahun 2018, dan beroperasi pada tahun 2020.
Akrolein dibuat dengan cara oksidasi propilen pada suhu 300oC - 340oC dan
tekanan maksimum 2 atm di dalam suatu fixed bed multitube reactor dengan
kondisi non adiabatic non isothermal dengan katalis senyawa kompleks metal
oksida (molybdenum-bismuth) dengan konversi propilen 98,7 %. Reaksi yang
terjadi bersifat eksotermis, sehingga untuk mempertahankan suhu dialirkan
aroclor sebagai pendingin. Hasil reaksi yang keluar dari reaktor berupa campuran
propilen, propan, akrolein, asam akrilat, O2, CO2, dan H2O, Kemudian akrolein
dan asam akrilat diserap dengan air dalam absorber. Gas yang tidak terserap
berupa propilen, propan, O2, CO2, dan H2O dibuang melalui incenarator.
Kemudian akrolein dipisahkan dari asam akrilat dan air menggunakan menara
distilasi. Agar tidak terpolimerisasi produk akrolein ditambah hidroquinon
sebanyak 0,2 %berat.
Unit pendukung proses terdiri atas unit pengadaan air sebesar 0,001 m3/kg
produk, steam sebanyak 2,56 kg/kg produk, listrik sebesar 0,03 kWh/kg produk,
unit pengadaan udara tekan (124oC ; 2,2 bar) sebanyak 0,006 m3/kg produk, unit
pengadaan bahan bakar IDO sebanyak 0,3 L/kg produk. Pabrik juga dilengkapi
laboratorium untuk menjaga mutu dan kualitas produk agar sesuai dengan
spesifikasi yang diinginkan.
Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas (PT), dengan
struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian
jam kerja yang terdiri dari 76 orang karyawan shift dan 30 orang karyawan non-
shift.
Harga jual akrolein adalah Rp 34.855,-/kg produk dan harga bahan baku
propilen adalah Rp 9.588,-/kg produk Hasil analisa ekonomi diperoleh Percent
Return on Investment (ROI) sebelum pajak 62,38 %, setelah pajak 46,74 %, Pay
Out Time (POT) sebelum pajak 1,38 tahun, setelah pajak 1,76 tahun, Break Even
Point (BEP) 48,44 %, Shut Down Point (SDP) 37,69 % dan Discounted Cash
Flow (DCF) 36,55 %. Dari hasil analisa ekonomi tersebut, dapat disimpulkan
bahwa pabrik akrolein dengan kapasitas 40.000 ton/tahun layak didirikan.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xi
ABSTRACT
Ahmad Pinandita M.K, 2017, Preliminary Plant Design of Acrolein using
Propylene Oxidation Process Capacity 40.000 Tonnes/year, Bachelor Degree of
Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University.
Acrolein plant is designed with a capacity of 40,000 tons / year, using raw
materials of propylene, air and steam with a composition ratio of propylene : air :
steam is 8 : 67 : 24 (mol%). 99,5% propylene required is 1,03 kg/kg product, which
is purchased from PT Chandra Asri. While the specific needs of steam is 1,38 kg/kg
product and the specific needs of air is 5.95 kg/kg product. By products produced are
mixture of water 7,9 kg/kg product, acrylic 0,26 kg/kg product acid and at least 0,009
kg acrolein/kg product. The plant is planned to be built in Cilegon, Banten Province
in 2018, and will be operating by 2020.
Acrolein is manufactured by oxidation of propylene at the temperature of 300
oC - 340 oC and pressure of 2 atm in a fixed bed multitube reactor with non-
adiabatic non isothermal conditions with a catalyst of metal oxide complex
compound. The reaction that occurs is exothermic, so as to maintain the temperature,
aroclor is streamed to the shell as coolant. Conversion of propylene into acrylic acid
of 97%. Reactor product is mixture of propylene, propane, acrolein acrylic acid, O2,
Then acrolein and acrylic acid are absorb by 7,07 kg water/kg product in absorber
column. Uncondensed gas is discharged through incenerator. Then acrolein is
sparated from acrylic acid and water using distilation column. In order not
polymerized, 0.2%w of hydroquinone is added.
A supporting unit consisting of procurement unit of water about 0,001 m3/ kg
of product, procurement unit of steam for about 2,56 kg / kg of product, the
procurement unit of electricity for about 0,03 kWh / kg of product, the procurement
unit of compressed air for about 0,006 m3 / kg of product, the procurement unit of
IDO fuel for about 0,3 L / kg of product. The plant is also equipped with laboratories
to maintain product quality to match the desired specifications.
The company management is a Limited Liability Company (Perseroan
Terbatas), with line and staff organizational structure. Employees working systems is
based on the division of employee working hours consisting of 60 shift employees
and 64 non-shift employees.
The selling price of acrolein is Rp 34.855, - / kg product and price of propylene
is Rp 9.588, - / kg product. Economic analysis shows that Percent Return on
Investment (ROI) before taxes is 62,38% and 46,7e% after taxes, Pay Out Time
(POT) before taxes is 1.38 years, 1.76 years after taxes, Break Even Point (BEP) is
48,44%, Shut Down Point (SDP) is 37,69% and the Discounted Cash Flow (DCF) is
36,55%. From the results of the economic analysis, we can conclude that the acrolein
plant with a capacity of 40,000 tons / year is worthy established.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id